概述
天鐵集團煉鋼廠四機四流3#方坯連鑄機采用高效連鑄技術，其生產能力與轉爐、LF精煉爐生產相匹配，連鑄機采用全弧型漸近矯直機型，連鑄半徑為6m，鋼坯定尺長度為12000mm，可以有效保證向帶鋼、天津軋二等用戶提供多規格高質量無缺陷鑄坯。
升級改造所要求達到的技術目標：
(1) 保留原有現場各類儀表同時要求將分布于現場中的所有儀表量全部進PLC設備進行模擬量線性化處理，實現實時監控、實時報警、參與控制。
(2)為了便于工藝監督部門對一些重要數據的監督、分析，對所提出的監控數據作連續不間斷的曲線記錄，以便分析查詢。
(3) 改善二冷水配水調節方案及冷床區液壓改造。
(4) 拉矯機與結晶器連鎖控制，閉環調節滿足工藝函數要求，提高鋼坯質量。
(5) 故障查詢系統的建立，提高快速查詢和排除電器故障的能力。
(6) 優化3#連鑄機計算機網絡的配置，為煉鋼廠CIMS工程的開展準備條件。
CIMS工程的提出，為3#高效連鑄機的改造提出了更高要求：
CIMS體系結構及工業數據結構的層次劃分
根據工廠管理、生產過程及功能要求，簡化的CIMS體系結構可分為3層，即工廠級、車間級和現場級。如下圖1所示。
工廠底層自動化系統及信息集成技術
現場總線是計算機網絡通信向現場級的延伸：傳統的現場層設備與控制器之間的通信采用一對一連線的方式，傳輸4-20mA/24VDC信號。這種通信技術信息量有限，難以實現設備之間及系統與外界之間的信息交換，使自控系統成為工廠中的"信息孤島"，嚴重制約了企業信息集成及企業綜合自動化的實現?，F場總線技術采用計算機數字化通信技術，使自控系統與設備加入工廠信息網絡， 成為企業信息網絡底層，使企業信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產現場。
1． 現場總線技術是實現工廠底層信息集成的關鍵技術：
要成功的實施CIMS，各層次的信息集成及它的支撐技術-計算機網絡問題就必須得到很好的解決?，F場總線是工廠計機網絡到現場級設備的延伸，是支撐現場級與車間級信息集成的技術基礎。
2 現場級和車間級自動化監控與信息集成是工廠自動化及CIMS不可缺少的重要部分
現場級與車間級自動化監控及信息集成系統主要完成底層設備單機控制、連線控制、通信連網、在線設備狀態監測及現場設備生產、運行數據的采集、存儲、統計等功能，保證現場設備高質量完成生產任務，并將現場設備生產及運行數據信息傳送到工廠管理層，向工廠級MIS系統數據庫提供數據。同時也可接受工廠管理層下達的生產管理及調度命令并執行之。因此，現場級與車間級監控及信息集成系統是實現工廠自動化及CIMS系統的基礎。
根據以上問題的提出緊密結合現場實際情況，以及SIMS工程對PLC網絡的高要求為作到自控系統具有高性能、高安全性；網絡構架合理、簡單、具有擴展性等多方面的研究，最后制拓撲圖如下：
從上網絡拓撲圖可以看出，3#高效連鑄機控制系統由基礎自動化級和過程控制級組成，其中基礎自動化級配備一套公用PLC、2套分流PLC，分別對連鑄機實施順序和邏輯控制?？刂葡到y采用了西門子S7-400系列PLC，下掛Profibus-DP網，并通過從站ET200M將液壓站和配水站控制信號接入工業控制網絡，真正實現了“集中管理，分散控制”的目的。同時，全數字化通信模式的抗干擾能力強、測量控制精確度高，借助數字雙向傳輸的特點和先進的設備管理軟件，可實現參數遠程設定，采集豐富的儀表信息，有利設備故障診斷，改善管理狀況。過程控制級由二級計算機構成，通過工業以太網與基礎級的PLC相連，并依靠控制模型和數據庫對一級控制系統實施指導、管理和跟蹤。WinCC 人機界面可顯示運行圖、棒圖、趨勢圖、報警、設定等畫面和圖表，并進們與上位機構成了一個集中管理、分散控制的全部生產的連鑄計算機自動控制系統。
一 系統組成
1. 網絡配置
上位機（WinCC 操作站）與3臺PLC設備之間的數據交換，通過工業以太網利用OSM（光纖切換模塊）、CP1613卡（WinCC操作站通訊卡）、CP 443－1通訊模塊（PLC設備模塊）通過TCP/IP協議來實現連接。主要完成現場實時數據的采集線性化與顯示，PLC部分參數的調整與修改以及重要數據的報警以及網絡的擴展性等問題的解決。
3臺PLC設備的連接通過CPU 414－2DP模塊（PLC設備中央處理器）的MPI接口連接，組成網絡實現數據共享。主要完成同一個控制點控制不同PLC設備輸出給現場設備的作用。
PLC設備與變頻器的網絡連接是通過CPU 414－2DP 所帶的PROFIBUS DP 接口與變頻器適配器RS485 接口轉 PROFIBUS接口設備）相連接，組成各自的網絡進行數據交換，實現網絡控制。主要實現拉矯機變頻器與結晶器變頻器根據一定的數學模型進行控制字與狀態字的讀寫功能。
主站PLC通過IM467與從站ET200M之間實現PROFIBUS DP通訊，將現場分布復雜且繁多的模擬量先采集至現場的從站ET200M,然后通過一根DP網線傳送至主站并接受主站的控制信號，這樣大大節約了現場施工的難度可以縮短施工時間，同時節約大量電纜和占用主站的模板，可以節約30%的設備費用。
2. 軟件配置
操作站軟件為WinCC (5.0SP1版)軟件，網絡平臺為Windows NT 4.0，WinCC自帶數據庫，并提供監控畫面和PLC組態工具。S7組態軟件為STEP7(5.1SP)，內嵌西門子過程設備管理軟件PDM。
二 系統功能
2.1 控制要求
2.1.1 分流部分
*鋼水液面及電磁攪拌控制。
* 二冷水（零段、一段、二段、三段）流量PID控制；
*定尺切割和火焰切割自動控制；
*拉矯機速度和結晶器振動連鎖同步控制；
*引錠桿、傳送輥道控制；
2.1.2 公用部分
*公用數據采集，如大包溫度、結晶器水流量的數據采集；
*大包轉臺和中間包小車控制；
*步進冷床液壓缸同步PID調節；
*液壓站控制。
2.2 生產過程管理
2.2.1 參數設定和修改
將工藝人員提供的不同鋼種和截面工藝參數值制成表格存放在計算機中，操作人員可根據生產要求：選擇當前澆鑄所需的鋼種和截面等參數，實時顯示拉矯機拉速、結晶器振動頻率、定尺長度、二冷水流量參數等，并可在線修正火切機切割時間；設定拉矯(V1,V2)和結晶器(n1,n2)參數。二冷配水數學模型設置在上位機里，根據鋼種、斷面尺寸等輸入參數進行計算，經數學模型運算得到的各回路配水參數ai、bi、ci傳送至PLC控制器，由PLC通過DP總線將各段配水參數傳至現場總線控制器進行配水的實時動態控制。
2.2.2 操作監視
操作站上的監控畫面由主畫面和30多幅子畫面組成，全面直觀反映了3#連鑄機的全流程生產線。畫面之間切換用鼠標簡單的擊點工藝畫面鍵或功能批示鍵即可。系統操作十分簡便。
畫面主要功能有：工藝總貌圖、拉矯機和結晶器系統畫面、站畫面、二冷水控制畫面、反映網絡系統配置的示意圖，變頻器事故報警圖、火切機時間設定畫面、PLC模板監視圖監控操作站和PLC的工作狀態，并監視操作站與PLC、PLC與PLC之間的通訊網狀態為網絡系統的維護提供更直觀的幫助。
2.2.3 實時趨勢和歷史趨勢：
對主要的過程參數編制實時趨勢和歷史趨勢曲線，存儲時間按若干小時設定，便于對故障進行分析或優化工藝參數的設定計算；
2.2.4 系統報警功能
在連鑄澆鑄過程 ，各類工藝參數或設備發生異常時，除了它們所在的畫面會自動顯示出來，故障總表中會記錄事故發生的時間、來源和恢復的時間，此外，還伴有聲光提示操作人員。便于找出故障原因并予以排除，提高了現場處理故障的能力。
結束語：
1．從工廠底層自動化及信息集成技術角度看，現場總線技術不是一項單純的以芯片換電纜的技術，是計算機及其數字化通信技術向工廠底層，即設備層的延伸;現場總線技術是工廠底層通信技術的一次數字化革命。
2．工廠底層自動化及信息集成技術是實現全廠自動化及CIMS系統的基礎。現場總線技術的發展，使其傳統系統結構發生變革，并帶來傳統系統無法比擬的優異特性，如豐富的現場信息資源、系統的開放性、產品的可互換性。
3. 天鐵集團煉鋼分廠3#高效連鑄機計算機自動控制系統成功地將Profibus總線技術應用于生產全過程，提高了系統的控制水平和可靠性，同時降低了運行成本。由于采用Profibus-DP總線，節省了儀控系統的相關硬件費用，如I/O模塊、電源隔離器、控制柜、控制室方面的費用和施工布線的費用，與常規系統相比，僅儀控系統就比原概算節省30%的投資。另外，內嵌的過程設備管理軟件PDM，減少了所需其他軟件的種類，也降低了相關軟件費用。充分運用工業網絡、現場總線技術和多媒體技術，將PLC與操作站、PLC與PLC、PLC與分布式I/O站有機地連接起來，實現快速、準確的控制。
