全面系统的炼钢厂连铸交接班制度

全面系统的炼钢厂连铸交接班制度（2篇）

1.全面系统的炼钢厂连铸交接班制度 篇一

炼钢厂1#连铸自动控制系统概述

五矿营钢 宁鸿森

摘要：本文主要介绍炼钢厂1#板坯连铸机自动控制系统的构成,概述其各控制单元的作用，以便连铸区域维护人员对铸机维护的参考。

关键词：连铸机；自动控制；可编程控制器。

Abstract：This text mainly introduces the No.1 slab caster at steelmaking plant automatic control system, an overview of the control unit, so that the casting area maintenance personnel for casting machine maintenance reference.Keywords：continuous casting machine；automatic control；programmable logic controller。

五矿营口中板有限责任公司炼钢厂1＃板坯连铸机的设计机型为单流直结晶器连续弯曲连续矫直弧形式铸机，其铸机的弧形半径为8.4m，连铸机的冶金长度为29.5m（12个扇形段），铸机端面为200、250x1200～1600mm(100mm进级)，切割定尺长度为4800～10000mm(10mm进级)，拉速范围0.1～2.0m/min。

连铸机控制系统采用模块化结构设计，由4套西门子PLC实现铸机的主体工艺功能，各主控制单元分别为公用PLC（siemens 400）、铸流PLC（siemens 400）、仪表PLC（siemens 400）、切割PLC（siemens 300），各主PLC之间通讯采用以太网通讯方式，主PLC与各现场单元采用PROFIBUS-DP通讯方式。

连铸机控制系统包括以下几部分：

1、公用PLC单元构成及功能：

1.1、公用PLC单元构成：公用PLC单元由主控制PLC、现场远程I/O、西门子工程变频器三部分设备构成。

1.1.1、主控制PLC采用西门子6ES7 407作为控制系统供电设备；采用西门子6ES7 416作为核心控制器及DP通讯的接口设备；采用西门子6GK7 443作为以太网通讯的接口设备；采用西门子6ES7 421、422作为外部数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 431作为外部模拟量输入的接口设备。具体设备见图1。

图1 1.1.2、现场远程I/O采用西门子ET200 153作为与主控制PLC进行DP通讯的接口设备；采用西门子6ES7 321、322作为现场数字量输入输出的接口设备。现场远程站包括大包回转台现场操作远程站（OS5）、中包车现场操作远程站(LCO07、LCO08)、液压站现场操作远程站(LCO35)。1.1.3、西门子工程变频器采用西门子6SE70变频器作为公用系统中大包回转台旋转电机、中包车走行电机的驱动装置。

1.2、公用PLC单元功能：公用PLC单元的功能包括大包回转台旋转控制；大包回转台包臂升降、滑动水口开闭控制；中包车走行、升降控制；液压系统控制；排蒸汽风机启停控制；结晶器冷却风机启停控制；与西门子6SE70变频器的DP通讯；与其他主PLC以太网通讯。

2、铸流PLC单元构成及功能：

2.1、铸流PLC单元构成：铸流PLC单元由主控制PLC、现场远程I/O、西门子工程变频器三部分设备构成。

2.1.1、主控制PLC采用西门子6ES7 407作为控制系统供电设备；采用西门子6ES7 416作为核心控制器及DP通讯的接口设备；采用西门子6GK7 443作为以太网通讯的接口设备；采用西门子6ES7 421、422作为外部数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 450作为增量型编码器高速采集的接口设备。具体设备见图2。

图2 2.1.2、现场远程I/O采用西门子ET200 153作为与主控制PLC进行DP通讯的接口设备；采用西门子6ES7 321、322作为现场数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 332作为现场模拟量输出的接口设备。现场远程站包括浇注平台浇注工现场操作远程站（OS1）、输出辊道1集中操作远程站（OS3.1）、输出辊道2集中操作远程站（OS3.2）、液压站阀台控制远程站、扇形段现场就地操作远程站(LCO20)。2.1.3、西门子工程变频器采用西门子6SE70变频器作为铸流系统中扇形段拉矫机电机、结晶器振动电机、输出辊道电机的驱动装置。

2.2、铸流PLC单元功能：铸流PLC单元的功能包括拉矫机驱动控制；扇形段升降、驱动辊升降控制；结晶器振动控制；输出辊道窜动、电机驱动控制；驱动辊热坯压力（PH）的PI控制；与西门子6SE70变频器的DP通讯；与其他主PLC以太网通讯。

3、仪表PLC单元构成及功能： 3.1、仪表PLC单元构成：仪表PLC单元由主控制PLC、扩展PLC两部分设备构成。

3.1.1、主控制PLC采用西门子6ES7 407作为控制系统供电设备；采用西门子6ES7 416作为核心控制器及DP通讯的接口设备；采用西门子6GK7 443作为以太网通讯的接口设备；采用西门子6ES7 421、422作为外部数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 431、432作为外部模拟量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 460、461作为主控PLC模板扩展的接口设备。具体设备见图3。

图3 3.2、仪表PLC单元功能：仪表PLC单元的功能包括结晶器冷却水PI控制；二次冷却水及雾化空气的PI控制（水量依据水表根据拉速选择）；设备冷却水控制；大包及中间包温度、重量的数据采集；与其他主PLC以太网通讯。

4、切割PLC单元构成及功能：

4.1、切割PLC单元构成：切割PLC单元由主控制PLC、西门子通用变频器两部分设备构成。

4.1.1、主控制PLC采用西门子6ES7 315作为核心控制器及DP通讯的接口设备；采用西门子6GK7 343作为以太网通讯的接口设备；采用西门子6ES7 321、322作为外部数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 350作为增量型编码器高速采集的接口设备。具体设备见图4。

图4 4.1.2、西门子通用变频器采用西门子Micromaster 440变频器作为切割车大车走行电机、切割枪运动电机的驱动装置。

4.2、切割PLC单元功能：大车走行电机驱动控制；切割枪运动电机的驱动控制；点火燃、点火氧、预热燃、预热氧、切割氧的自动控制；点火枪自动摆动及点火的控制；大车走行编码器数据的采集；与西门子MM440变频器的DP通讯；与铸流主PLC以太网通讯。

5、总结：

连铸机系统在上述各主PLC的集中控制下，大幅度降低了生产工艺人员的手动操作的复杂性，并且对设备人员的维护提供了有效的帮助，在设备出现故障时可通过西门子编程软件STEP7及西门子监控软件WINCC可以快速的查找到故障点，提高了故障处理的效率。同时，设备中的三水（结晶器冷却水、二次冷却水、设备冷却水）和切割定尺通过PLC执行工艺预制的参数进行动态控制，不仅提高了工艺作业的精确度同时也在一定程度上提高了连铸板坯的内部及表面质量。

参考文献

1、五矿营钢1＃连铸工艺说明书，2005

2、S7－300/400 PLC应用技术，机械工业出版社,2012

3、Siemens AG.S7－400 可编程控制器硬件和安装手册，2005

2.全面系统的炼钢厂连铸交接班制度 篇二

炼钢连铸是钢铁生产的关键部分和瓶颈工序,在炼钢连铸生产过程中,必须能够对各种突发事件做出快速应对,在异常情况下动态调整生产计划,确保生产顺利进行。因此,炼钢连铸动态调度的研究对钢铁生产具有重要意义[1]。专家系统作为人工智能的一种系统化方法,在动态调度研究中占有重要的地位[2,3]。将专家系统用于动态调度的研究,可以有效解决模糊的、非结构化和半结构化的问题。

本文对炼钢连铸动态调度专家系统进行研究和设计开发。该系统可以根据已知调度方案和车间生产实绩,追踪物流生产情况,在检测到动态扰动时及时报警,并针对扰动特点选用适当的重调度方法生成新的调度方案,保证生产持续稳定进行。

1 系统总体结构

炼钢连铸是钢铁生产的重要工序,包括炼钢、精炼和连铸3个阶段,可以抽象为多阶段、多作业、多并行机的混合流水车间调度问题(Hybrid Flow Shop Scheduling)。此外,炼钢连铸生产调度又具有特殊性,要求一定炉次范围内必须连续浇铸,且钢水只允许在各工序间等待较短时间,这使得动态调度更具复杂性。

炼钢连铸动态调度系统的作用是在线监控炉次作业的物流加工情况,识别异常扰动事件,并实时决策是否重调度。炼钢连铸生产过程中常见的扰动主要有3类:时间类扰动,包括开始时间提前或延迟、加工时间缩短或延长等;设备故障类扰动,包括设备停机、设备速度异常等;产品质量类扰动,包括钢水成分波动、钢水温度波动等。

专家系统能简便地将各种事实及理论与通过经验获得的知识相结合,具有良好的柔性和可扩充性。炼钢连铸动态调度系统结合专家系统的理论知识,将动态调度知识和运用知识的推理机制相分离,实现生产过程实时监控和扰动事件重调度的功能。

炼钢连铸动态调度专家系统与静态调度系统和过程控制系统这两个外部系统连接,由知识库、知识库管理系统、推理机、解释器和人机交互界面5部分组成,并在Gensym公司的G2实时专家系统平台[4]上开发。

2 知识表示与知识库管理

2.1 混合知识表示

系统采用框架表示与产生式表示结合的方式,用框架描述结构性知识和陈述性知识,用产生式规则描述启发式知识和过程性知识。这种混合知识表示很好地实现了各种不同类型的知识的结合,并有利于知识库的进一步扩充和丰富。

2.1.1 基于框架的对象知识表述

框架是一种结构化表示法,用来表示问题的对象或者自然关联在一起的对象的类。一个框架可以是另一个框架的槽值,并且同一个框架可以作为几个不同框架的槽值,这样减少了知识冗余,节省了储存空间。框架的一个重要特征是继承,子框架可以继承父框架的所有特性。框架也支持多重继承,这样可以从不同的角度描述对象[5]。

炼钢连铸动态调度系统的概念模型由框架及其继承与关联关系表示,如图1所示。其中,Schedule(调度方案)、Ladle(炉次)、Machine(设备)、Monitor(监控功能)、Disturbance(扰动信息)是系统抽象出来的5个主要知识,这里作为顶层框架。其他框架通过继承顶层框架的信息来构成动态调度知识网络。其中:(1)Pre-Sch(初始调度方案)、Re Sch(重调度方案)是Schedule的子框架;(2)Sch-Ladle继承了Ladle和Monitor两个框架,记录作业的加工现状和钢水温度的实时监测情况;(3)Sch-Mch继承了Machine和Monitor框架,监视设备上作业加工情况和设备运转情况。它的3个子框架:Converter(转炉)、Finery(精炼炉)和Caster(连铸机)分别定义了各个设备的特性和图标;(4)Time-Re Sch(时间扰动重调度)、Break-Re Sch(故障扰动重调度)和Quality-Re Sch(质量扰动重调度)是Disturbance的子框架,表示各类扰动的关键信息,以及重调度的过程数据。

2.2.2产生式的规则表述

产生式知识表示也称为产生式规则,它用“IF[前提]THEN[结论]”的形式表示推理过程和行为,描述关系、策略和启发等知识。规则通过各种方式相互联系,当某一个规则的结论正好是另一条规则的前提时,这两条规则是相互串联的。规则之间形成复杂的知识推理网络。

本系统采用的规则形式主要有两种:数据驱动规则和事件驱动规则。

(1)数据驱动规则在框架槽值发生变化时检测前提部分的条件,若条件为真,则执行结论部分的操作,例如:

IF Monitor的实际值-期望值>阈值

THEN Monitor的状态=“over-target”

(2)事件驱动规则实时响应实时事件,一旦检测到前提部分中的事件发生,则执行结论部分的操作,实现知识推理。例如:

IF Sch-Ladle的状态槽从外部系统接收到新数据

THEN在动态仿真界面上移动Sch-Ladle

AND更新Sch-Ladle和Sch-Mch的槽值

AND开始累计工序加工时间

系统的主要规则集有:初始化规则集、生产指令生成规则集、监控与扰动识别规则集、动态仿真规则集、重调度规则集等。

2.2知识库管理

针对框架知识表示的继承性特点,系统采用树状层次结构对知识库进行模块化管理,如图2所示。知识库有3个底层模块:生产模块、监控模块和重调度模块。这3个底层模块不依赖于其他模块而独立运行。其中,生产模块定义了炼钢连铸工艺对象的特性知识;监控模块抽象定义了系统的监控功能;重调度模块建立了针对不同扰动的重调度模型。顶层的动态调度模块则集成了3个底层模块,该模块的运行需要运用到包含于底层模块中的知识,对底层模块知识的进行组织和协调,并提供交互界面,动态仿真生产现场,使调度员准确掌握实际生产情况,实现优化调度的目的。

通过知识库的模块化管理,可以实现知识的归类,增强知识的重用性。

3 实时推理策略

系统借助G2平台实现基于规则的实时推理,包括正向推理和反向推理两种控制策略,正向推理响应数据更新和实时事件,反向推理调用其他的规则、过程或方法。G2平台的推理机具有并发式多线推理能力,可以在动态变化的环境下,通过对规则的控制,对对象进行灵活的监视与控制,保证了推理的实时性和灵活性[6]。

动态调度系统从过程控制系统和静态调度系统采集和监控数据,通过规则之间的触发关系实现知识推理,当数据异常时,根据异常种类和程度从程序库中选择重调度方法,生成新的生产指令。

4 仿真实验

某钢铁厂有转炉3台,精炼炉3台,连铸机3台,对生产过程中的扰动因素,系统采用随机函数进行仿真,仿真结果如图3所示。

在实验过程中,根据生产数据的不断变化,动态仿真界面SCHEDULING-GUI能够实时仿真生产现场,并在界面上标示出钢水的炉次、加工时间、温度,设备的作业状态、工作时间等重要属性的当前值。生产异常时,报警信息显示在消息板MESSAGE-BOARD上,包括发生时间、异常代码、情况描述等,如图3(a)所示。

对于仿真实验中出现的各类扰动,根据扰动情况生成相应的实例框架,并在重调度过程中将过程数据依次填至框架槽中,清晰解释了新调度方案的生成过程。图3(b)为接收到设备临时检修计划时Break-Re Sch实例MB的部分槽值,包括故障时间,故障设备,影响作业,以及重调度过程中生成的最小调度集和调度集处理结果。

5 结束语

本文根据炼钢连铸生产特点,研究和设计了炼钢连铸动态调度专家系统。系统由知识库、推理机、解释器和人机界面组成,并采用树状层次结构对知识库进行模块化管理。系统的知识表示采用了框架表示和产生式表示相结合的方式,建立了复杂的炼钢连铸动态调度知识网络和推理网络。系统的仿真结果表明,该系统能有效地实现生产过程实时监控和车间生产动态仿真,出现异常情况时能够及时重调度,保证了生产的稳定运行,具有良好的交互性、实时性和在线性,对一般的混合流水车间动态调度问题也具有通用性。

参考文献

[1]王秀英,柴天佑,郑秉霖.炼钢连铸智能调度软件的开发及应用[J].计算机集成制造系统,2006,12(8):1220-1226.

[2]钱晓龙,唐立新,刘文新.动态调度的研究方法综述[J].控制与决策,2001,16(2):141-145.

[3]常春光,胡琨元,汪定伟,等.钢铁生产动态调度理论研究与工程应用综述[J].信息与控制,2003,32(6):531-537.

[4]Yao L,Postlethwaite I,et al.Design,Implementation and Testing of an Intelligent Knowledge-based System for the Supervisory Control of a Hot Rolling Mill[J].Journal of ProcessControl,2005,15(6):615-628.

[5]宋新民,龙杨喜,等.基于仿真的故障诊断专家系统应用研究[J].系统仿真学报,2006,18(4):1038-1040.