現(xiàn)代化鍍鋅生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)

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熱鍍鋅板利用冷軋薄板作為生產(chǎn)原料，采取一定的工業(yè)手段將鍍鋅層包覆于鋼板表面，并通過包覆鍍鋅層的方式，提高鋼板的耐腐蝕性和延長鋼材在惡劣環(huán)境條件中的使用壽命。鍍鋅生產(chǎn)線的基本工作原理為：將鍍鋅液維持在450.0℃的狀態(tài)下，在鋼板通過鍍鋅液時，鍍鋅液體會與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有較高致密性的氧化鋅薄膜，并完全附著于鋼板之上，可避免外部具有腐蝕性的介質(zhì)直接與鋼板表面接觸，從而起到提高耐腐蝕性的作用。

1鍍鋅生產(chǎn)線概述

馬鋼股份有限公司冷軋板廠1#連續(xù)熱鍍鋅線是馬鋼公司投入使用的第一條鍍鋅生產(chǎn)線。該鍍鋅生產(chǎn)線年均生產(chǎn)能力為3.0×105t，產(chǎn)出產(chǎn)品為鍍鋅薄板（供建筑業(yè)、家電制造業(yè)和彩涂業(yè)使用）。本生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)由3部分構(gòu)成：①一級。是指基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)。②二級。是指模型控制系統(tǒng)。③三級。是指與廠級自動化系統(tǒng)對接的部分。

2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

針對鍍鋅生產(chǎn)線所設(shè)置的自動化控制系統(tǒng)由兩級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，一級為生產(chǎn)控制工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，二級為生產(chǎn)管理以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立在TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)之上，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并經(jīng)過一級信號數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與二級服務(wù)器連接。在鍍鋅生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，一級自動化系統(tǒng)中的PLC控制器以其所對應(yīng)的操作終端、二級操作終端作為兩級以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，并在不同的位置接入以太網(wǎng)內(nèi)。現(xiàn)場遠程I/O接口在Genius網(wǎng)絡(luò)支持下與PLC終端連接，帶位置控制的設(shè)備裝有編碼器，按區(qū)域組成4個Profei-Bus網(wǎng)，分別接至入口、中間、出口PLC控制器Profei-Bus的主板，從而實現(xiàn)對位置的精確控制。鍍鋅生產(chǎn)線現(xiàn)場傳動設(shè)備基于IS-BUS與PLC終端連接。對于獨立設(shè)備，比如鍍鋅生產(chǎn)線上稱重設(shè)備、焊機和氣刀等，與系統(tǒng)的接口為以太網(wǎng)直接與PLC終端的連接。

3一級自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1一級數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

在一級自動化控制系統(tǒng)中，一級數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要應(yīng)用功能是對整個鍍鋅生產(chǎn)線的運行狀態(tài)進行全面監(jiān)測和控制，分析網(wǎng)絡(luò)通訊的運行情況，收集生產(chǎn)控制所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，根據(jù)運行狀態(tài)生成報警信息，遵循優(yōu)先權(quán)分級標準對報警信息進行管理，并可提供鍍鋅生產(chǎn)線在各種狀態(tài)下的生產(chǎn)報告。

3.2操作終端

在一級自動化控制系統(tǒng)中，操作終端的主要價值是輔助對鍍鋅生產(chǎn)線運行狀態(tài)的檢測和控制，為各種生產(chǎn)控制功能的實現(xiàn)提供必需的畫面組態(tài)支持，并根據(jù)畫面對生產(chǎn)控制操作提出建議。在本文所構(gòu)建的自動化控制系統(tǒng)中，可應(yīng)用GE-Fanuc所提供的人機界面實現(xiàn)操作終端的功能。該人機交互界面的最大特點是實現(xiàn)客戶與服務(wù)器HMI系統(tǒng)的融合，實現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)收集功能。其基本構(gòu)成包括服務(wù)器和終端兩部分，前者負責(zé)采集、發(fā)送生產(chǎn)線的運行數(shù)據(jù)；后者負責(zé)連接服務(wù)器，并顯示和控制數(shù)據(jù)。

3.3PCL控制器終端

在一級自動化控制系統(tǒng)中，GE-InnovationPLC控制器是實現(xiàn)大量自動化控制功能的核心模塊之一。相比于模擬控制模塊而言，為了更好地滿足鍍鋅生產(chǎn)線對自動化控制提出的要求，本文選用了基于可用控制塊語言編程的控制器。本類型PLC控制器具備中斷驅(qū)動操作的控制中心，響應(yīng)速度快、診斷功能強，支持多類型的I/O接口，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中的應(yīng)用價值較高。

3.4傳動設(shè)備

本系統(tǒng)中的傳動設(shè)備為Toshiba公司的IGBTPWM變頻器。在一級自動化控制系統(tǒng)中，傳動設(shè)備的主要功能是實現(xiàn)對交流電動機的調(diào)速控制，根據(jù)其使用范圍可進一步劃分為無傳感器矢量控制和有傳感矢量控制兩部分。傳動柜直流電源有IGBT整流和二極管整流兩種，IGBT整流元件的整流柜用于開卷機、活套、張緊輥、夾送輥和卷取機等；二極管整流元件的整流柜主要用于風(fēng)機、刷輥等。

4二級自動化控制系統(tǒng)構(gòu)成

4.1過程自動化功能的實現(xiàn)

在本系統(tǒng)中，過程自動化功能的實現(xiàn)主要包括以下4部分：①接收一級自動化控制系統(tǒng)發(fā)送的處理命令，并通過PDI原始數(shù)據(jù)輸入的方式處理每個卷所對應(yīng)的信息；②在對卷信息進行處理的過程中跟蹤卷動態(tài)，并生成與之相對應(yīng)的調(diào)整設(shè)定點，顯示有關(guān)線、卷的修改參數(shù)信息；③通過操作員顯示屏幕對非正常運行狀態(tài)提出報警指令；④診斷各個卷的產(chǎn)出性能，并形成數(shù)據(jù)報告。

4.2生產(chǎn)控制模型

在整個鍍鋅生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)中，共涉及2個生產(chǎn)控制模型，分別為有關(guān)鍍層重量的控制模型和有關(guān)加熱退火爐燃燒狀態(tài)的控制模型。模型機軟件系統(tǒng)采用日本新日鐵公司提供的技術(shù)。在模型的選用和構(gòu)建過程中，可在二級自動化控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)掛設(shè)專用計算機，并通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與二級服務(wù)器的信號交換。二級系統(tǒng)接受三級系統(tǒng)下發(fā)的鋼卷信息，并通過協(xié)議地址發(fā)送至模型機，模型機將符合該鋼種的控制數(shù)據(jù)在焊點到達退火爐和鍍層測厚儀時分別傳輸給它們，從而達到自動控制爐溫和鋅層厚度的目的。

4.3二級系統(tǒng)與廠級系統(tǒng)的接口部分

二級系統(tǒng)和三級系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞會經(jīng)過ODBC數(shù)據(jù)庫。二級系統(tǒng)將建立一個與三級系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的ODBC連接，并直接從三級數(shù)據(jù)庫中讀取所需的數(shù)據(jù)。當卷數(shù)據(jù)處理完成后，二級系統(tǒng)將通過ODBC連接直接將所有的卷數(shù)據(jù)寫入三級系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

5結(jié)束語

在近年來的實踐中，我國各類冷軋線的處理開始展開自主集成技術(shù)的研究，自主集成技術(shù)的應(yīng)用逐步替代了國外引進的應(yīng)用模式，但在自主技術(shù)研發(fā)方面尚處于起步階段，相關(guān)技術(shù)仍未成熟。本文著眼于對鍍鋅生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的研究，對該控制系統(tǒng)的構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制功能進行了詳細分析，希望能促進有關(guān)自動化控制系統(tǒng)研究的進一步發(fā)展，從而更好地保障鍍鋅生產(chǎn)線的安全、穩(wěn)定、高效運行。

作者：楊志平 單位：馬鋼股份冷軋總廠點檢一分廠