1 引言 安陽鋼鐵公司高速線材生產(chǎn)線是99年經(jīng)河南省經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)，于2001年8月份投產(chǎn)的一條高水平的線材生產(chǎn)線。這套軋機(jī)裝備水平和自動(dòng)化程度很高，具有90年后期國際水平，引進(jìn)了美國90年代后期最新型線材軋機(jī)，采用了8+4精軋機(jī)和減定徑機(jī)方案，并采用了優(yōu)質(zhì)高效的步進(jìn)梁式加熱爐，全線控冷控軋，為獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的線材盤卷，軋機(jī)采用了一整套先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，全線生產(chǎn)過程和操作監(jiān)控均由計(jì)算機(jī)控制實(shí)施。它的主要控制特點(diǎn): （1）網(wǎng)絡(luò)化快速通訊; （2）系統(tǒng)響應(yīng)速度快; （3）傳動(dòng)設(shè)備動(dòng)態(tài)、靜態(tài)精度高; （4）軋件跟蹤、定位準(zhǔn)確; （5）軟件編制可靠性高等。 2 安鋼高速線材主要工藝參數(shù) （1） 安鋼高速線材主要工藝參數(shù)如下: ·產(chǎn)量:設(shè)計(jì)年產(chǎn)量45萬噸; ·坯料:或; ·產(chǎn)品:φ5.5—20mm普通線卷或Rbφ6.0—16mm螺紋線卷; ·品種:低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼、焊條鋼、彈簧鋼、軸承鋼、低合金鋼、冷鐓鋼等; ·卷重: ·軋制速度:保證速度112m/s和最大操作速度120m/s （2）主要機(jī)械設(shè)備 從加熱爐出口側(cè)開始有:保溫輥道、1#夾送輥、6機(jī)架平立交替粗軋軋機(jī)、1#飛剪、8架平立交替中軋軋機(jī)、2#飛剪、2架雙模塊預(yù)精軋機(jī)組、1#水冷箱、2#夾送輥、3#飛剪及碎斷剪、8機(jī)架V型無扭精軋機(jī)、2#3#水冷箱、4機(jī)架V型減定徑機(jī)、4#5#水冷箱3#夾送輥、吐絲機(jī)。 （3） 軋線主要輔助生產(chǎn)設(shè)備 有7個(gè)液壓系統(tǒng)和3個(gè)稀油潤滑系統(tǒng)，分設(shè)于3個(gè)油庫、7個(gè)液壓站，液壓、潤滑系統(tǒng)均由軋線MCC控制中心供電。軋線主要檢測(cè)元件有11個(gè)DELTA DC3000熱金屬檢測(cè)儀，8個(gè)LAND公司高溫計(jì),6個(gè)DELTA TS2006活套掃描儀以及編碼器、接近開關(guān)、光電管等組成。 3 軋線自動(dòng)化方案 本套全連續(xù)高速線材軋機(jī)自動(dòng)化和調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的總體技術(shù)方案是以高性能工業(yè)微機(jī)、可編程序控制器（PLC）及全數(shù)字交、直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)為核心,構(gòu)成全分布式網(wǎng)絡(luò)，具有20世紀(jì)先進(jìn)水平的現(xiàn)代化控制系統(tǒng)。 整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)由二級(jí)控制系統(tǒng)和三層通訊網(wǎng)絡(luò)、全數(shù)字直流和交流傳動(dòng)調(diào)速控制器組成。 3.1 二級(jí)控制系統(tǒng) 二級(jí)控制系統(tǒng)由人機(jī)接口（HMI）、服務(wù)器、基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)和調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成，分別完成不同的控制功能。 （1） 人機(jī)接口（HMI） 人機(jī)接口（HMI）由6臺(tái)高性能微機(jī)組成，主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的人機(jī)接口功能，包括:軋制表的輸入、存貯和修改，軋制參數(shù)的設(shè)定，軋制過程中各設(shè)備狀態(tài)和電氣參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示及工藝參數(shù)的人工調(diào)整，電氣設(shè)備的一般操作及顯示，故障報(bào)警與記錄，文件報(bào)表的生成、存貯及打印等。 （2） 服務(wù)器 整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)包含有3臺(tái)服務(wù)器，分別為OS-SEVER（操作站服務(wù)器）、ES- SEVER（編程服務(wù)器）、PCS- SEVER（過程控制服務(wù)器），通過工業(yè)以態(tài)網(wǎng)與PLC連接，獨(dú)立完成各自的功能。 （3） 基礎(chǔ)自動(dòng)化 基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用西門子公司最新型PLC S7-400系列產(chǎn)品，遠(yuǎn)程I/O站采用ET200M?；A(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由5臺(tái)PLC完成全部自動(dòng)化控制功能（不包括加熱爐燃燒控制和水冷段控制）。5臺(tái)PLC分別控制: ·ENTRYPLC:從熱送輥道至加熱爐出爐輥道的全部設(shè)備。 ·CMIL1PLC:從1#粗軋機(jī)前夾送輥到吐絲機(jī)的全部設(shè)備，主要完成軋線的順序控制和飛剪的控制。 ·CMIL2PLC:從1#粗軋機(jī)前夾送輥到吐絲機(jī)的全部設(shè)備，主要完成軋機(jī)場(chǎng)的換輥控制和吐絲機(jī)的定位控制。 ·MODPLC:從斯太摩風(fēng)冷線到卸卷站的全部設(shè)備（不包括修剪、打捆機(jī)和打牌機(jī)） ·MEDIAPLC:全部液壓、潤滑系統(tǒng)。 ·調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng) 電氣傳動(dòng)采用西門子公司最新型全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)。直流傳動(dòng)采用SIMREG DC-MASTER 6RA70系列全數(shù)字調(diào)速裝置，交流傳動(dòng)采用6SE70矢量控制變頻調(diào)速裝置，精軋機(jī)組和減定徑機(jī)采用6SE80 IGBT中壓變頻調(diào)速裝置。 3.2 三層網(wǎng)絡(luò) 自動(dòng)化系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)分為三層: （1） 第一層 人機(jī)接口與服務(wù)器之間、PLC與PLC之間、PLC與服務(wù)器之間聯(lián)成以態(tài)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互之間的大量信息交換。通過以態(tài)網(wǎng)，把軋制工藝參數(shù)設(shè)定值和對(duì)電氣設(shè)備的操作從人機(jī)接口傳送到PLC，把各設(shè)備的狀態(tài)和工藝、電氣參數(shù)及故障由PLC收集送到人機(jī)接口的CRT顯示。即以態(tài)網(wǎng)主要進(jìn)行信息傳送量大的數(shù)據(jù)通訊。 （2） 第二層 各PLC的CPU之間聯(lián)成MPI網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)CPU之間的少量快速的信息交換。 （3） 第三層 各PLC與各自的遠(yuǎn)程I/O站之間和調(diào)速傳動(dòng)之間采用PRFIBUS-DP通訊網(wǎng)絡(luò)，PLC把設(shè)定參數(shù)和控制指令傳送到各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，并收集傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)和電氣參數(shù)送到人機(jī)接口的CRT上顯示。 3.3 自動(dòng)化系統(tǒng)特點(diǎn) （1） 三層網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) 安鋼高速線材自動(dòng)化系統(tǒng)配置圖如圖1所示。 a） 以太網(wǎng) 一種總線型局部網(wǎng)絡(luò)，采用TCP/IP協(xié)議。它可連接各PLC與工作站，使之交換信息。其主要特點(diǎn)如下: ·數(shù)據(jù)傳輸率: 可達(dá)10Mbps ·網(wǎng)上工作站數(shù): 最多1024個(gè) ·傳輸介質(zhì): 光纜 ·拓樸結(jié)構(gòu): 總線 ·信息協(xié)議: 幀的大小可變，64至1518Byte 以態(tài)網(wǎng)的性能指標(biāo)介于遠(yuǎn)程網(wǎng)和多處理器之間，它主要用于辦工自動(dòng)化，分布式數(shù)據(jù)處理，終端訪問以及其它高速、突發(fā)式信息交換系統(tǒng)。 b） MPI網(wǎng) MPI網(wǎng)為多點(diǎn)接口通訊，其通訊口集成在CPU上，可同時(shí)連接編程器和PC機(jī)（例HMI），聯(lián)網(wǎng)的CPU可以利用全局?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)（GD），周期性地相互進(jìn)行數(shù)據(jù)交換（每個(gè)程序周期允許16個(gè)GD包，每包可達(dá)64字節(jié)），CPU的MPI是直接與S7的K總線相連。 MPI的基本數(shù)據(jù)如下: ·數(shù)據(jù)傳輸速率: 187.5Kbps; ·網(wǎng)上工作站數(shù): 最多32個(gè); ·傳輸介質(zhì): 雙絞屏蔽電纜; ·傳輸距離: 50m 不帶中繼器; 9100m 帶10個(gè)中繼器; 1100m 帶2個(gè)中繼器。 c） Profibus網(wǎng) Profibus網(wǎng)是一種實(shí)時(shí)、開放性工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。它的特點(diǎn)是:使用數(shù)字傳輸，易于正確接收和差錯(cuò)檢驗(yàn)，保證了數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，有利于降低工廠低層設(shè)備之間的電纜連接成本，易于安裝、維修和擴(kuò)充，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，便于及早處理。它的最大優(yōu)點(diǎn)是能充分利用智能設(shè)備的能力。 Profibus網(wǎng)網(wǎng)卡的通訊協(xié)議符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)DIN19245中的第1-3部分，即Profibus-DP協(xié)議，該標(biāo)準(zhǔn)允許少量數(shù)據(jù)的高速循環(huán)通訊，因而總線的循環(huán)掃描時(shí)間是極小的，在特定的環(huán)境下總線通訊時(shí)間少于2ms。 Profibus網(wǎng)的基本數(shù)據(jù)如下: ·數(shù)據(jù)傳輸速率: 1.5Mbps; ·網(wǎng)上工作站數(shù): 最多32個(gè); ·傳輸介質(zhì): 雙絞屏蔽電纜; ·數(shù)據(jù)傳輸方式: 主-從站令牌方式。 （2） 軟件特點(diǎn) a） CFC圖形配置 ·SIMADYN D軟件“D7-SYS”; ·STEP（SIMATIC manage HW 配置）。 b） CFC圖形配置軟件 ·標(biāo)準(zhǔn)功能最小的頂目 ·每個(gè)功能塊有5種可選的采樣時(shí)間，對(duì)控制程序可根據(jù)運(yùn)行速度要求進(jìn)行不同選擇，做到適時(shí)控制 ·靈活構(gòu)成功能包 ·配置中可以隨意命名 ·易于與外圍設(shè)備相連 ·可以選擇和定義硬件 ·可在線設(shè)定、修改程序結(jié)構(gòu)和補(bǔ)充配置（以前的圖形配置軟件不能在線改結(jié)構(gòu)和配置）。 （3） 調(diào)速傳動(dòng)特點(diǎn) 全數(shù)字控制系統(tǒng)性能好，可靠性高，可以滿足高動(dòng)態(tài)品質(zhì)與高調(diào)速精度的要求。全數(shù)字裝置還提供了對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)完備的監(jiān)控保護(hù)與故障自診斷功能，同時(shí)還擁有方便快捷的通訊聯(lián)網(wǎng)形式，可以同自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通訊，進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和各種信息的交換。中壓變頻器控制系統(tǒng)是TRANSVEKTOR控制,它也可以選擇頻率、速度、轉(zhuǎn)矩控制。帶脈沖發(fā)生器的矢量控制保證了正常軋制的高的性能:速度范圍大于1:10。速度調(diào)節(jié)精度:不帶碼盤反饋速度精度約為0.1%，帶碼盤反饋速度精度約為0.002%。 4 結(jié)束語 安鋼高速線材電氣自動(dòng)化在傳動(dòng)方面廣泛采用了交流變頻技術(shù)、直流數(shù)字調(diào)速技術(shù)，大功率交流電機(jī)還采用了中壓IGBT變頻技術(shù);在控制方面采用了PCS7集散控制系統(tǒng)，三層網(wǎng)絡(luò)，兩級(jí)控制,推廣應(yīng)用了PRFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)技術(shù)、服務(wù)器客戶機(jī)技術(shù)，用戶軟件采用了CFC、SFC編程技術(shù)、T300工藝板定位控制技術(shù);這些技術(shù)的應(yīng)用，使整條線的自動(dòng)化裝配達(dá)到了國內(nèi)一流、國際先進(jìn)的水平，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。這些技術(shù)可以推廣應(yīng)用到我國國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，特別適用于冶金行業(yè)的棒、線材軋機(jī)、板材軋機(jī)等具有沖擊性負(fù)載又具有高速連續(xù)軋制的場(chǎng)合。