应用背景

宝钢股份有限公司条钢部初轧厂的工艺水平设计参考新日铁的君津二初轧厂，并采用了当时最先进的初轧生产技术。初轧厂的产品为板坯、管坯和方坯。设计年轧制钢锭为344.5万吨、生产钢坯300万吨。初轧厂的电气、仪表、计算机三电系统设备均是七十年代产品，其中计算机系统设备由3台日立HIDIC-80和4台日立HIDIC-08E构成，电气由18台 PLC （HIDIC-04E）组成，仪表由37台TDCS-2000组成。

初轧PLC是初轧生产过程自动控制的核心部分，该系统已投产运行十五年，设备出厂已近二十年，控制设备的正常使用寿命已过。故障频率逐年上升，现已影响生产，危及产品质量，因此需要改造。

改造需求
　　□ 改造后的新初轧三电系统具备原有初轧三电系统的基本功能，并纳入原钢区区域机SCC2系统和精整管理功能。
　　□ 改造后的初轧三电系统采用开放性体系结构，方便地连接第三方设备，以便于下一步其余基础自动化设备的改造。
　　□ 改造后的初轧三电系统能实现与宝钢产销系统的整合。
　　□ 初轧三电系统改造方案符合经济性、先进性、易用性和易维护性的要求。
　　□ 初轧三电系统改造方案便于原功能的移植，便于改造工程的实施，实施过程尽可能少影响或不影响条钢部的正常生产，实施后不影响初轧正常生产。
　　□ 采用最新技术的自动化控制设备，务求改造后的系统能保持未来尽量长时间内的技术先进性，长期的备品备件供应；提供及时有效的技术支持。
　　□ 改造过程力求稳妥可靠，在三周时间内完成新老系统的平稳切换。

解决方案

如图1所示，采用2台核心交换机,作为初轧网络的主干设备，放置在初轧过程控制机房。互为热备份，为边缘交换机、本地用户、一炼钢L2网络及宝钢主干网提供接入。 选用30台边缘交换机，作为初轧网络的边缘设备。分别放置于轧线各个机房、主电室、管理室、操作室等，提供固定24个10/100M以太网接口，为本地用户提供接入，使用2个100M光缆端口分别连接到两台核心交换机。

图1 初轧三电改造系统图

1. 选用2台基于Intel CPU的PC服务器组成L3系统。采用新型Linux 操作系统，有效隔断外界的病毒传播。选用流行的ORACLE作为数据库，Internet Developer Suite和VC++作为系统的开发工具。本系统选用X-com作为通讯开发工具。2台主机互为热备用, 当其中一台服务器发生故障时系统会自动切换至另一台机器中。L3系统主要用于实现各类计划和生产管理。

2. 采用2台UNIX?服务器组成L2系统。2台主机互为热备用, 当其中一台服务器发生故障时系统会自动切换至另一台机器中。本系统采用新型UNIX 操作系统，选用流行的ORACLE作为数据库，DEVELOPER2000或VB作为画面报表制作工具，VC++作为系统的编程工具。本系统使用X-com或Socket和API接口编程作为通讯开发工具。L2系统主要用于实现信息处理和计算控制。

3. 采用11套系列90-70PLC替代原来的11套H04E PLC，使新的系统在产品品质上达到目前的世界先进水平。使用CIMPLICITY ME作为编程工具。采用CIMPLICITY PE作为人机界面软件，通过各种串行的、网络的通讯方式采集控制器中的数据，并利用计算机的强大图形功能动态地显示生产数据。

4. 将1#、2#初轧机SPC、APC、初轧区微跟踪SLDC、连轧区微跟踪BLDC等原来依靠过程计算机完成的功能下放到基础自动化系统，以四套系列90-70PLC实现。

5. 与传动接口问题：采用现场总线+I/O的方式。在原传动柜内设置接口板与原传动装置连接，通过远程I/O单元与PLC连接。

6. 操作盘的改造：保留主要操作手柄和操作习惯。数据显示和设定放置到CRT上，盘上I/O信号通过远程I/O单元与PLC进行信息交换。监控操作站采用Windows NT操作系统和监控软件CIMPLICITY作为开发和运行环境，实现画面操作、报警和趋势记录等功能。

7. 现场控制盘的改造：通过远程I/O单元与PLC进行信息交换。

8. 压下推床APC位置控制，采用90-70+VME+自整角机+CPU编程。

9. 改造的PLC与未改造PLC之间的数据交换采用I/O通讯方式。保持保留的PLC结构，软硬件适当修改便可实现控制功能。

10. 电量检测:采用GE PQM电能测量表来检测电量信号，通过RTU串行连至PLC后，所有信号可在HMI上显示。并可向上位机传输电能参数。

系统功能

■ L1系统

改造后的L1系统主要实现以下控制功能：

1) 顺序控制

主要是各PLC所控制设备按PLC内的控制程序进行顺序控制。全轧线的顺序控制是按过程计算机所给出的跟踪信号进行控制的。跟踪分为宏跟踪和微跟踪，其中微跟踪又分为初轧区和连轧区微跟踪，分别由1台90-70PLC实现。

2) 速度控制：

是跟踪、HMI、数据管理、顺序控制与传动装置之间的桥梁和纽带，它是软件与硬件之间的接口程序，速度控制的好坏直接影响着产品的质量。

控制系统程序接受来自PLC、HMI的指令，接收来自数据管理器的数据以及现场的I/O信号，为马达提供自动或手动的速度设定值。速度控制主要实现速度设定点的计算、辊道的自动/手动的控制等主要功能。

3) APC位置控制：

是整个轧线系统中的关键部分之一，要求具有较好的系统结构及系统的快速响应，保证位移精度等各项工艺要求。

位置控制是将被控对象调节到设定的位置，要求在最短的时间内，使被控对象完成定位动作，且符合技术要求规定的位置精度要求。

轧机压下控制根据位置控制指令，驱动压下装置来实现。轧制计划事先存储在轧线计算机中，轧制时根据不同的轧制要求，由计算机选择相应的轧制计划送往SPC及APC控制用PLC，当接受新系统计算机来的轧制计划信息后，首先自动更新当前压下控制和推床位置的设定值，同时不断采集两者位置的实际值（反馈值），经CPU运算后求出△S位置偏差值，根据期望的运动曲线不断刷新电机的速度给定值，当△S进入定位精度范围内，电机速度给定为零，实现系统APC的位置控制。

■ L2系统

L2系统选用2台IBM pSeries 660作为L2主机。系统的功能主要有两部分：

1) 信息处理功能：包括制造指令、转入数据输入，自动数据读入，装、出炉处理，钢坯耕 种，板坯精整信息处理，操作指导，作业实绩收集，报表制作等。

2) 计算控制功能：包括烧好预测，烧钢控制，均热炉安排，自动运转及设定，初轧机控制，小方坯剪断控制等。

■ L3系统

L3系统选用IBM X370R作为主机。系统主要用于实现计划管理、质量管理、实绩跟踪、轧辊管理、板、方、管精整管理、板、方、管库场管理、发货执行管理、报表及CRT管理、设备状态管理、通讯管理、均热炉和加热炉的装出炉调度管理等等。

小结语

该系统采用了最前沿的控制器技术以及先进的计算机界面，在保持原来主要操作习惯基础上，新增最新的计算机操作方式，将全新L2、L3计算机管理网纳入全厂逻辑计算机管理网。并且采用开放式现场总线，为未来设备与仪表传感器提供相连开放性。为生产管理部门及公司管理部门引进了计算机化的管理方式，大大提高了技术人员设备管理方式及技术结构，且维护工作量及成本低。

总结起来，此次改造，采用了GE Fanuc系列90-70 PLC的解决方案完全、彻底地改造了初轧生产线的控制系统，达到了预期的改造目的，赢得了相关各方的信任和赞同。