厚板生产线基础自动化系统的构建

扈素红

（济钢集团有限公司自动化部，济南 250101）

近年来，国内冶金企业根据各自的市场定位及发展规划新建了几十条厚板产线，从工艺布局上来看大同小异，但由于各自的资金实力及自动化控制水平的参差不齐，在保证基本控制功能的前提下各家企业从实际出发配置了形式各异的电气自动化系统。下面以某钢铁公司新建4300mm 厚板产线为例，阐述厚板生产线基础自动化系统的功能配置及系统构建。

1 产线的设计能力

该生产线具有年产量180 万吨以上的生产能力。工艺设备主要包括：加热炉、除鳞机组、粗轧机组、精轧机组、ACC、热矫直机、冷床、切头剪、定尺剪、双边剪、冷矫直机、热处理线等。主要产品品种有造船板、锅炉板、容器钢板、管线用板、高强度结构板、桥梁板、耐大气腐蚀板、模具板等。

该产线设计有蓄热式加热炉三座，先期建设两座，预留一座。加热炉的加热能力为：热坯240t/h，冷坯150t/h，为三段式加热炉。粗轧机、精轧机均采用四辊可逆式轧机，交-直-交流变频传动，粗轧机的主电机为2×7500kW 的同步电动机，精轧机的主电机为2×9000kW 的同步电动机。ACC 为西门子-奥钢联的MULPΙC 系统；热矫直机、冷矫直机、双边剪系统均由外方设计国内制造；热处理炉选用LOΙ 公司的工业炉系统；其他系统均采用自主开发的控制系统。

2 基础自动化系统的选型配置

基础自动化系统在现代工业控制中起着举足轻重的作用，上接二级控制模型，为二级模型提供必要的计算数据，下接自动化执行系统，需要忠实地完成一级、二级自动化系统所赋予的功能。因此，基础自动化系统的选型就显得尤为重要。

该产线在规划时就将设备及控制系统定位于国际先进水平，能够实现自动轧制，所有工作均围绕这一定位展开。众所周知，要达到这一目标，生产线所需的二级控制模型、MES 系统，甚至是ERP系统必须健全，且具有较高的技术水平。目前，该钢铁公司通过引进消化吸收，MES 系统、ERP 系统已具备自主开发能力，技术水平也已达到国际先进水平，只有轧制二级控制模型需要引进。

在板材生产线由于其生产工艺的特殊性，二级控制模型尤为复杂，目前德国西门子公司在该领域具有较强的技术实力，技术成熟，业绩多。因此，加热炉、粗轧机、精轧机、矫直机、ACC 等系统的二级控制模型选用西门子公司的相关技术。

为保证产线控制系统的一致性，且与二级控制系统有良好的控制衔接，基础自动化系统也相应选用西门子的系列产品。这样可最大程度的减少系统接口，确保系统间通信的畅通及快捷。

在控制实时性强的轧制区域采用TDC+ET200控制模式，其他区域采用S7 400+ET200 控制模式。控制网络采用工业以太网+DP 网的组网方式，工业以太网主要节点采用冗余环网相连，其他站点采用星形连接。电气传动装置及智能仪表、智能元件等均以DP 总线方式接入各自系统的主站。

PDA 系统需要快速、实时、无遗漏地捕捉到每个重要信息的瞬间，真实地还原系统发生的每一个动作，因此，PDA 系统与其他系统间的连接要充分考虑到这些因素，规划好与之相关的通信网络。在该系统中，PDA 与TDC 间的通信采用GDM 方式，与S7 系统及主传动间的通信采用工业以太网方式，与其他系统的通信则采用Profibus-DP 的方式。

产线所需电动机均选用交流电动机，辅传动系统电压等级选用660V，电气传动系统采用公共直流母线方式供电，这样在降低线路损耗、有效减少线路截面积、减小电机体积的同时又能将多余的能量反馈回电网，减少系统的运行及维护成本。

主传动系统采用西门子公司的SM150 交-直-交变频装置，电压等级为3kVAC，可有效减少对电网的污染，省掉SVC 静态无功补偿装置的投资，减少设备占地面积。

3 基础自动化系统的功能划分

为便于系统控制的方便及功能的完整将全线基础自动化按区域进行了划分，主要包括加热炉区域、轧制区域、精整区域、热处理区域、公辅系统、急停系统等。

加热炉区域基础自动化系统主要完成与连铸机系统的物料交接、入炉辊道、加热炉本体及辅助系统、炉内物料跟踪、出炉辊道等的控制以及与加热炉二级系统的通讯、与轧制区域控制系统的物料交接、相关传动系统的控制等。

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轧制区域基础自动化系统主要完成与加热炉区域控制系统的物料交接、与精整区域控制系统的物料交接、物料跟踪、粗除鳞系统、板坯测宽、推床控制、轧机本体及辅助系统、旁通辊道、物料运输、换辊系统、钢板厚度及板型测量、预矫直机、快冷系统、热矫直机等的顺序及逻辑控制以及与轧制二级模型、快冷系统二级模型、热矫直机二级模型的通信、与主辅传动及检测仪表间的通信与控制等。

精整区域基础自动化系统完成的功能主要包括：三座步进式冷床、母板检查台、切头剪及试样剪、双边剪、定尺剪、成品检查台、冷矫直机、钢板探伤等设备及辅助系统的控制，另外还负责与轧制区域控制系统的物料交接、与双边剪控制模型及冷矫直机控制模型的数据传递、与传动系统的通信等。

热处理区域基础自动化系统完成的功能有两座热处理炉的本体及辅助系统的控制、抛丸机本体及辅助系统的控制、矫直机及冷床系统的控制、电气传动系统的控制等。

公辅系统的主要包括旋流池、MULPΙC 水处理系统、热处理水处理系统、轧辊磨床控制系统、空压机站等。

出于多方面因素的考虑，该产线基础自动化系统的设计采取自主设计与外方设计相结合的方式，轧制区域及双边剪、冷矫直机、热处理炉等系统由外方设计，其余控制系统自主设计完成。由于双方设计理念的差异，在急停系统的设计上存在较大区别。外方将负责的区域按照物流的方向分成了22 个安全区域，采用S7 300F 急停PLC 控制。外方在急停系统中对急停进行了详细分类，对承担轧件运输调速传动系统、独立调速传动系统、成组调速传动系统、恒速传动系统、液压系统、气动系统、UPS等系统的急停方式进行了分类控制。

电气传动系统除较独立的装置外全部采用公共直流母线方式供电，装置间、装置与自动化系统间采用DP 网络进行通信。

4 实际运行效果

该产线基础自动化系统于2010年2月份陆续进入系统调试阶段，4月中旬连同L2 系统一次试车成功，轧制出第一块合格的钢板，并在短期内达到了设计水平。

从系统调试、生产运行来看，基础自动化系统的各项运行指标均达到设计水平，运行稳定、运行效率高、故障时间短、调试简单、维护方便，呈现如下主要特点：

2）自动化系统与传动系统实现了无缝连接，通过网络可对电气传动系统进行实时监控、趋势观察、参数修改、系统优化等。

3）实现系统故障的快速定位与诊断，大大缩短故障处理时间。

4）系统间采用网络连接，大大减少了系统间的接口故障点，同时也减少了系统投资。

5）传动系统采用660VAC 电压等级及公共直流母线供电方式减少了设备体积，减少了能源消耗，降低了一次投资和系统运行成本。

5 结论

本文所阐述的只是厚板产线基础自动化系统配置的一种形式，旨在与诸位同行朋友交流心得，期望给诸位同行带来一点帮助或思路上的借鉴。从生产运行的实际情况看，文中所述思路和方法是可行的，能够满足生产现场快节奏、高强度、连续式生产的需要，满足生产工艺的需要。