西门子6ES511-1AK02-0AB0型号介绍

在合金钢连铸生产中，配水是一个确保生产顺行和产品质量的重要环节。传统的手动配水方式已不适应生产工艺要求，尤其是不能满足产品质量的需要。
　莱芜钢铁集团股份有限公司特殊钢厂(简称莱钢特钢厂)自行设计的合金钢连铸自动配水系统投入运行后，正常稳定，保证了连铸生产的顺行和良好的钢坯质量。该系统自动化程度高，维护量小，配水模型设计合理，完全满足不同钢种的工艺要求。

1 系统控制原理

　　该配水系统分为结晶器段和二冷段，二冷段又分为7段（即：足辊段、Ⅰ区宽面、Ⅰ区窄面、Ⅱ区宽面、Ⅱ区窄面、Ⅲ区宽面 、Ⅲ区窄面）。系统根据配水模型对各段的水量分别进行控制。
1.1 配水模型
　　连铸的配水与多种现场工艺因素相关。选择其中影响较大的因素—钢坯的拉速和钢种作为控制配水的主要条件。
　各段的配水量与拉速之间有一个比较合理的对应关系：
    Q =AV +B           (1)
式中Q ——某段的配水量；
　V ——钢坯的拉速；
　  A,B ——配水系数。
　由公式(1)可以看出，某段的配水量和钢坯的拉速成线性关系，当拉速发生变化时，所需要的配水量也要发生相应的变化。
　另外，不同的钢种，所要求的配水量也不相同。根据这些编制配水表，即对应不同的钢种，拉速和配水段制成一个表格，其中系数A、B 根据比水量计算得出。
　以轴承钢为例，配水模型见表1。系统根据模型进行配水量的计算。

1.2 控制方式
　　系统控制采用自动配水、**设定和阀位设定3种方式。
　自动配水：由PLC将各种参数经过模型计算，控制输出相应的配水量，实现自动配水，该方式的优点是自动化程度高，反应迅速。
　**设定：通过上位机设定某段配水量进行控制。这种方式主要是在水表的设定有偏差时，通过人工设定**，而后进行配水模型的修正。
　阀位设定：通过上位机直接设定阀位。该方式主要应用在生产中的特殊情况下，例如：需要紧急调整或在生产前检查给水量情况。
　以上3种方式互相补充，灵活采用，可以很好地满足连铸配水要求。
1.3 自动控制原理
　　系统自动控制原理见图1。

图1 自动控制原理

    首先，通过上位机选择好钢种，下传到PLC中，由PLC选择相应的配水模型；PLC接受现场的拉速信号，经过配水模型计算，得出实际需要的配水量；同时与现场实际的配水量进行比较，经PID计算，得出控制阀位值，控制调节阀的开度，调节水量达到设定值；随着拉速的变化，反复循环该过程，实现自动配水控制。

2 系统组成

2.1 基本结构
　　系统主要由4部分组成：现场一次仪表，PLC控制机构，执行机构和上位机。系统结构见图2。

图2 系统结构

    根据工艺和控制要求，需要对各项工艺参数进行检测采集，作为系统控制的依据。检测包括：钢坯拉速、各段水量、温度、压力、阀位等。这些采集和对水量的调节主要由一次仪表来完成。
　PLC控制机构作为系统的核心部分，其功能由PLC控制器来完成。PLC负责收集各种信号，进行各种运算和转换，给上位机提供数据并接受上位机的操作指令，将控制信号输出给执行机构等，模板的配置见图2。其中每流的I/O点配置为：模拟量输入47点，模拟量输出15点，数字量输入16点，数字量输出16点。
    上位机完成画面监控，监控功能由工控机带显示器和打印机来实现。
　执行机构接收PLC的控制信号，由调节阀和切断阀完成对水量的控制。其中调节阀选用的是电子式直行程电动调节阀，控制精度高；切断阀选用的是24V双电控气动O型切断阀，动作时间不到2s。
2.2 应用程序
　系统所用的是施耐德PLC配套的编程软件，分别是PLC编程软件CONCEPET2.5和上位机组态软件MP7。
　PLC程序编写过程为：对系统进行硬件配置；配置变量表；编写DFB功能块,相当于“子程序”,包括配水模型、PID调节功能块等;后编写主程序,包括PID调节程序、报警程序、配水模型程序等。
　上位机软件组态包括SERVER和BUILD两大部分。SERVER是数据进行交换和存储的中心。包括变量表，历史数据库，报警数据库的设置等。监控画面包括整体工艺图，配水管路图，配水调节，历史趋势图，报警和水表选择画面等。

3 应用效果

　　系统投入运行一年多来，故障率低，几乎免于维护，没有更换过任何设备。成为莱钢特钢厂为稳定可靠的系统，具有以下特点：
    (1) 系统控制精度高，反应灵敏。调节阀的口径计算准确，水量的控制误差不到1%；工况变化时，水量的调节反映时间低于3s，从根本上避免了由于水量滞后所造成的“漏钢”等现象。
    (2) 控制方式灵活。在生产中，操作人员可以根据生产中的具体情况，自由选择各种控制方式。有手动、半自动以及全自动，并可针对不同情况选择不同控制方案。
    (3) 适应各种工艺要求。针对莱钢特钢厂生产合金钢产品的特点，该系统对不同钢种有相应的控制方案，同时，重点考虑象轴承钢等对质量要求高的产品，在配水模型上潜心研究，配水制度更为完整合理，为多钢种、高质量的连铸生产提供保证。其中，齿轮钢和轴承钢都一次试拉成功。

一   概述

2001年11月，青海水泥股份有限公司日产2000t级现代化新型窑外分解干法水泥生产线技改工程，经过18个月的建设安装正式投入使用。该工程是1999年度国家经贸委立项的国债项目，总投资约1.27亿元，年生产能力50万吨。生产的水泥品种主要有：52.5级硅酸盐水泥、32.5级和42.5级普通硅酸盐水泥、525#中热硅酸盐水泥、425#低热粉煤灰硅酸盐水泥、525#高抗硫硅酸盐水泥、525#中抗硫硅酸盐水泥、425#和525#道路水泥等多个品种。该水泥生产线的投入使用，缓解了青海省高标号和多品种水泥供不应求的市场局面，同时也为黄河上游水电工程开发项目建设、青藏铁路等国家重点工程建设项目的水泥原材料的需求提供了必要保证。

该水泥生产线采用美国Fisher-Rosemount公司DeltaV分散控制系统来完成生产过程的自动控制，总控制点数约1546点，其中DI:834点；DO:340点；AI:238点；AO:77点。控制范围包括生料粉磨制备、水泥熟料煅烧、窑尾废气处理。该自动化控制系统由5个现场站、Professional Plus工程师站及3个操作员站通过冗余的工业以太网络构成，系统结构如图1所示。

现场站采用M5控制器及相关I/O卡件来完成水泥生产过程各工序的设备现场级控制，并通过冗余的光纤网络与中央控制室进行数据通信。Professional Plus站作为该控制系统的核心，除完成过程历史数据的采集和处理、控制系统诊断、系统软件组态等任务外，同时作为操作员站，结合水泥生产工艺流程图画面，将现场采集的数据以工艺参数化和图形化形式提供给操作员，并将操作员的操作和控制思想通过相应软件控制模块反映到水泥生产的过程控制中。

二   控制范围

(1)窑头电气室现场站：控制范围包括窑头、篦冷机、窑头收尘器、熟料输送、煤磨、煤磨收尘、窑头及窑尾喂煤，如图2所示。

(2)新生料磨电气室现场站：控制范围包括生料配料、原生料磨、选粉机，如图3所示。

(3)原生料磨电气室现场站：控制范围包括生料配料、生料磨、选粉机、均化库、预热器、高压电动机、生料质量控制系统、原生料库，如图4所示。

(4)废气处理及窑灰输送现场站：控制范围包括增湿塔、窑尾电收尘、预热器吹堵。

三   主要功能及特点

(1)动态流程图显示：流程图包括各区域的总画面，区域内的分画面及其设备的操作画面。

(2)趋势图显示：系统能够显示所有模拟量的过程值和设定值的变化趋势。

(3)组操作和显示。

(4)电动机单机操作和显示：在设备组操作方式为手动情况下，可对各组内的各单机设备进行单独启停。

(5)一备一用操作方式：重要且容易损坏的设备都设有备用。

(6)PID调节回路：设有若干个闭环调节回路完成对工艺参数的自动控制。

(7)各种工艺参数的显示。

(8)报警信息显示和音响报警：当系统中任何一台设备发生故障或工艺参数超限时，都会在该系统中产生报警，以声光方式通知工艺操作员。

(9)报表显示和打印。    

四   自动控制回路

为更好地**生产运转率，减少操作工人劳动强度，本系统采用了计算机控制与参数自动调节回路相结合的方式。整个系统的重要控制参数尽可能地采用自动控制，在生产操作中减少人为误操作，以免影响生产。

(1)生料质量控制系统(QCS)：根据X射线荧光分析仪的检验结果，通过定量给料机自动／手动调节原料配比。

(2)定量给料机自控系统：根据定量给料机给料量的设定值，自动调节定量给料机皮带速度，使实际给料量与设定值保持一致。

(3)板式喂料机自控系统：根据失重仓待检测信号，自动调节板式喂料机链板速度，使仓内物料重量保持稳定。

(4)磨机负荷自控系统：根据定量给料机和固体**计的检测信号，自动调节磨机负荷并使之恒定。

(5)出磨风温自动调节回路：根据出磨气体温度，自动／手动调节风机进口阀门开度。

(6)生料均化库库底卸料控制回路：根据生料喂料失重仓的设定生料量，自动调节生料均化库库底电动**控制阀的开度。

(7)窑尾喂料计量的调节回路：根据生料喂量的设定值，自动调节生料喂料失重仓下电动**控制阀的开度。

(8)窑头负压的控制回路：根据窑头负压值，自动调节窑头废气风机进口阀开度。

(9)篦冷机各室冷却风机风量的控制回路：根据各室冷却风机的进口风量，分别调节冷却风机进口阀开度。

(10)分解炉喂料量的调节回路：根据四级筒出口气体温度，自动调节分解炉喂煤量。

五   操作及控制

(1)本系统共有9幅流程图菜单画面，2幅生料配料菜单画面，6幅电动机启停图，6幅趋势图，4幅参数设置菜单，报警和报表显示画面各1幅。

画面顶部区域为下拉菜单显示区，下部为报警显示区，中间为流程图显示区。登录用户名(权限)和操作站编号在画面右上方显示，画面下方报警显示区可显示当前系统高优先级的5个报警。画面切换采用下拉菜单方式，点击画面顶部按钮将弹出1个下拉菜单，从中选择需要观察和操作的画面，触摸或点击流程图菜单上的图符将弹出单机操作画面，报警后点击报警条也能够弹出报警设备的单机操作面板。考虑到系统安全性，参数设置菜单画面只有工程师级权限才能够打开。

(2)设备组是根据工艺需要将有联锁和启停顺序关系的一些电动机、阀门等设备组合起来，它们的启动和停车须按一定顺序进行。菜单画面上使用组操作面板来管理设备的控制。电动机联锁图如图5所示。

设备组内的设备可有3种控制模式，其中两种是在中央控制室操作员画面上进行操作，即组模式和单机模式。当设备组处于组模式时，按照预先编制的动作，本设备组内每台设备的启停只能在组操作面板上统一进行。当设备处于单机模式时，只能在单机操作面板上操作单台设备动作。设备还有一种现场手动控制模式，当现场就地控制箱或按钮盒上的操作位置选择开关选择到手动位置时，设备不受中央控制室控制，只能在现场启停设备。

(3)趋势线实际操作：系统共有5幅趋势显示图，从下拉菜单中选择点击后进入。趋势图上为不同参数选用了不同颜色以示区别，趋势图上显示的开度(时间范围)用“《”按钮调整，用“>”按钮可选择时间基点。参数超限时趋势图上可显示相应说明文字。趋势图下方显示系统中发生的各种详细资料，如设定值的改变、电动机的启停等事件都被记录。窑实时趋势如图6所示。

(4)报警显示及操作：操作画面下方是系统定义的报警，能显示当前紧急的5个报警信息，模块名将被显示在屏幕底部的报警显示区中。报警的降序优先级为：紧急的、警告、建议、登录以及确认或不确认的状态。不确认报警比确认报警更重要。如果事件报警为同等优先级，近发生的报警比以前的报警更重要。如果报警点超过5个，将显示其中重要的5个。选择一个报警按钮右边的小按钮，在报警按钮下方将以队列形式显示报警的更多信息。

(5)报表显示和操作：报表显示菜单从顶部下拉菜单区点击后进入，报表菜单中列出重要的工艺参数资料，可在报表菜单中选择打印按钮将报表打印。DCS系统中的历史数据库可记录一年内的所有报表以供查询。

通过近9个月的现场使用，该系统在海拔2400m的高原环境及水泥厂粉尘大、供电系统及工业现场电磁干扰强的恶劣环境中能稳定可靠地运行。整个控制系统表现出硬件质量好和性能可靠、软件响应及时、人机界面友好、控制策略齐备、软件组态便利等优点，是一套非常成熟的工业自动化控制系统。