Profibus现场总线在高效方坯连铸机控制系统中的应用

马钢第三炼钢厂六机六流方坯连铸机采用高效连铸技术，其生产能力与转炉、LF—VD精炼炉生产相匹配，并可向下游的棒材、高线轧机提供高质量无缺陷铸坯。连铸机的在线设备，包括结晶器、结晶器液面检测与塞棒控制系统、结晶器电磁搅拌系统（含冷却水系统）和液压振动装置，均从奥地利的奥钢联（VAI）引进。

马钢第三炼钢厂高效方坯连铸机采用全弧型渐近矫直机型，连铸半径为8m，铸坯断面为140mm×140mm，定尺长度为16000mm，单炉浇注钢水量为65t，浇注时间为28min/炉，年产合格钢坯量70.93万吨，钢水收得率97%。

连铸机控制系统由基础自动化级和过程控制级组成，其中基础自动化级配备一套公用PLC、6套铸流PLC，分别对连铸机实施顺序和逻辑控制。控制系统采用了西门子S7-400系列PLC，下挂Profibus-DP网，并通过DP/PA链接器将总线仪控设备接入工业控制网络，真正实现了“集中管理，分散控制”的目的。同时，全数字化通信模式的抗干扰能力强、测量控制精确度高，借助数字双向传输的特点和先进的设备管理软件，可实现参数远程设定，采集丰富的仪表信息，有利设备故障诊断，改善管理状况。过程控制级由二级计算机构成，通过工业以太网与基础级的PLC相连，并依靠控制模型和数据库对一级控制系统实施指导、管理和跟踪。人机界面可显示运行图、棒图、趋势图、报警、设定等画面和图表，并进行系统的安全联锁和数据管理。

系统构成图

一系统组成

基础级采用7套S7-400PLC作为连铸机的控制器，其CPU类型是416-2DP，并带有通信功能，可与扩展单元的IM-153、IM-157通信卡以及变频器通过Profibus-DP控制网相联，其中扩展单元采用ET-200M和链接器（DP/PA）作为子站。控制软件为STEP7，并集成西门子过程设备管理软件PDM。控制级采用西门子工控机作为监控站，与PLC通过快速工业以太网（基于TCP/IP协议）连接，系统运行西门子公司基于WindowsNT4.0的WinCC软件。

1.硬件构成

系统构成如附图所示（因篇幅限制，图中仅给出了公用系统的配置，铸流部分与之类似）。

图中PC1、PC2、PC3分别为上位机监控站；PLC0至PLC6分别为公用系统控制站和一至六流的主PLC；6个ET200为电控系统的远程站，分别为MCC站、结晶器振动液压站、拉矫液压站、出坯和火切站、两个主控站；大包回转变频器、中间包行走变频器、移钢机变频器、U/V冷床变频器均通过Profibus-DP接口挂在DP总线上。DP/PA链接器为S7-400PLC的从站之一，同时又是现场总线仪控设备的PA主站，由网络部件耦合器实现所有Profibus-PA总线检测仪表与DP总线的链接，在传输更多检测、控制信息的同时亦可获取总线设备自诊断信息。

2.软件配置

操作站软件为WinCC（5.0SP1版）软件，网络平台为WindowsNT4.0，WinCC自带数据库，并提供监控画面和PLC组态工具。S7组态软件为STEP7（5.1SP），内嵌西门子过程设备管理软件PDM。

二连铸机主要的控制系统

1.钢水温度测量系统

经转炉炉外精炼处理后的合格钢水到达钢水接收跨，由起重机将钢包吊运到钢包回转台受包侧，回转180°过跨至浇注侧定位。然后由人工使用一次性快速S型热电偶测出钢水温度，并将温度信号同时传至PLC和大屏幕显示器。

工艺工程师根据钢水温度和所要浇注的钢种，通过HMI从二级系统历史数据库中调出相应钢种的浇注参数，并可根据需要进行参数调整。

2.钢水称量系统

大包和中间包称重装置采用德国Schenck公司产品，其称重梁式传感器DWB具有安装、维护方便的优点，同时其内置的温度检测元件还可给系统提供称重传感器的实时工作温度。大包每侧回转臂和中间包均配置了4个传感器，测量信号经控制器DISOMAT-S处理后，通过控制器自带的Profibus-DP接口，将钢水重量信号由DP总线传输至PLC，PLC则以BCD码的形式将重量信号传输给大屏幕进行显示。称重控制器具有去皮、参数设定、校验等功能。

3.结晶器液面自动检测及塞棒控制系统

结晶器液面采用全色137（Cs137）液面检测装置，与直流伺服电动机塞棒执行机构组成闭路自动控制系统，根据液面波动情况自动调节塞棒开口度，从而控制流入结晶器内的钢水量，稳定浇注操作。结晶器液压振动装置采用仿弧精确度高、维护量小、使用寿命长的全液压板簧导向振动器，其线性及非线性振动曲线、频率、振幅实时在线可调，以适应高拉速和高铸坯表面质量的要求。控制系统采用西门子C7633DP的PLC，通过DP总线与主PLC通信。

4.二冷水动态控制系统

a.控制原理

连铸机二冷区是连铸坯冷却唯一可控制的区域，二冷区配水数学模型采用铸坯表面温度控制法实施冷却水量分布与动态控制，保证在任一浇注条件下