0．前言 為滿足國內市場對冷軋硅鋼的需求，鞍鋼決定新建一冷軋硅鋼廠，年產80萬t中低牌號無取向硅鋼，其中包括1條酸洗連軋機組（PL-TCM）、4條硅鋼連續退火涂層機組（SACL）、2條重卷機組和2條包裝機組。其中NO.1電工鋼（硅鋼）連續退火涂層機組（NO.1 SACL）是其中第一條電工鋼連續退火涂層機組，該機組是國內第一條全部由國內設計、制造及軟件編程調試的SACL機組。 鞍鋼SACL機組是由武漢院總承包，進行工藝設計、非標設備設計和自動化系統設計及軟件編程調試，該處理線采用了先進的自動化控制系統。 1．設備描述 SACL機組的工藝組成為：入口段（包括焊機）、入口活套、堿洗段（包括堿液混合系統、堿液噴洗系統、堿液刷洗系統、高壓水噴洗系統、水刷洗系統、熱水噴洗系統）、退火爐段（包括PH爐、NOF爐、RTF爐、SF爐、RJC爐）、涂層段、干燥段（DF-DS/BS爐、AJC爐）、出口活套、出口段。SACL機組的工藝處理線如圖1所示： 機組主要技術參數如下： 生產品種： 中、低牌號無取向電工鋼 生產能力： 22.8萬 t/a 產品： 冷軋硅鋼帶卷 原料 鋼卷外徑： max.：2000mm min.：800mm 鋼卷內徑： 610mm 鋼卷重量： max.：25000kg 帶鋼寬度： max.：1250mm min.：750mm 帶鋼厚度： max.：0.65mm min.：0.35mm 機組速度 入口段： 線速度 max.：240m/min 加速度 ~20m/sec2 正常啟/停 ~40m/sec2 快停 穿帶速度 25m/min 工藝段： 線速度 max.：180m/min 加速度 ~10m/sec2正常啟/停 ~20m/sec2快停 出口段： 線速度 max.：240m/min 加速度 ~20m/sec2正常啟/停 ~40m/sec2快停 穿帶速度 25m/min 緊急停車時間：由最高速度到停止時間 ~6s 2．自動化平臺 SACL機組的自動化系統分為兩級，即基礎自動化級（L1）和過程控制計算機級（L2）。其中基礎自動化級包括電氣自動化和儀表自動化，電氣自動化采用PLC系統用于完成主令控制、順控、鋼卷及帶鋼跟蹤的一級工藝控制；儀表自動化系統采用DCS系統用于完成堿洗段、退火爐段能源介質控制及特殊儀表和成套設備(如CPC/EPC、APC、測厚儀、鐵損儀等)的通訊處理。過程控制計算機級實現對帶鋼和機組設備的各種參數有長時間的連續記憶功能，對動態過程的干擾量有快速反應的能力。一方面利用工藝規范和數學模型進行多參數的設定計算，向控制設備下達設定值；另一方面通過測量值收集和分析，執行控制參數的自適應和自學習功能，提高設定值的準確性，實現再控制過程，達到控制目標的最優化。 自動化控制系統由上位監控計算機、PLC可編程控制器、交流變頻調速裝置、網絡、現場檢測設備、現場控制設備等組成。其中下位機系統使用SIEMENS S7-400 PLC完成現場監測、數據處理；上位機系統采用工業PC機實現對現場數據可視化的監控。 3．基礎自動化系統 基礎自動化系統的主要任務是：與傳動、工藝功能和儀表相關的過程控制；設定值和實際值處理；從入口到出口鋼卷運輸的自動順序控制；帶鋼跟蹤；工藝參數控制，如張力等；過程監控（HMI）。 SACL機組基礎自動化系統由可編程控制器（PLC）和集散控制系統（DCS）共同組成一級自動化系統。各PLC和DCS都完成相對單獨的控制功能。HMI系統通過工業以太網PLC控制單元和DCS控制單元通信。每個PLC控制單元通過PROFIBUS-DP現場總線與傳動裝置、R I/O站和編碼器等現場電氣設備相連，完成檢測和控制功能。自動化控制單元接收過程計算機和操作工通過HMI輸入的數據，過程信息、機組狀態和各種測量值以符號形式、數值、棒圖和圖表的形式在HMI畫面上顯示。西門子PLC與橫河DCS 之間通過MODBUS點對點通訊。 3．1．PLC控制系統 SACL機組的工藝電氣自動化控制系統以采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-400系列PLC為基礎，硬件全部采用標準部件或模塊，如機柜、供電裝置、CPU、通訊處理器（CP）、功能模塊、數字I/O模塊等。該系統PLC控制器配置如下： PLC1：PS 407 20A 1塊 CPU 416-2 3塊 DI 1塊 COUNTER 4塊 CP 443-5 2塊 CP 443-1 IT 1塊 PLC2：PS 407 20A 1塊 CPU 416-2 2塊 DI 1塊 DO 1塊 CP 443-5 9塊 CP 443-1 IT 1塊 PLC3：PS 407 10A 1塊 CPU 416-2 2塊 COUNTER 4塊 CP 443-5 2塊 CP 443-1 IT 1塊 PLC4：PS 407 10A 1塊 CPU 416-2 1塊 CP 441-2 1塊 CP 443-5 3塊 CP 443-1 IT 1塊 PLC5：CPU 315F-2 1塊 IM365 1對 DI 6塊 DO 4塊 CP 343-1 1塊 其中每個CPU完成的功能見下表 PLC序號 功能 CPU數量 1 入口段順序控制 (S7-400)入口段主令控制 (S7-400)跟蹤控制(S7-400) 111 2 工藝段順序控制 (S7-400)工藝段主令控制 (S7-400) 11 3 出口段順序控制 (S7-400)出口段主令控制 (S7-400) 11 4 介質部分控制 (S7-400) 1 5 急停控制 (S7-300F) 2 3．2．DCS控制系統 SACL機組工藝儀表自動化控制系統采用橫河公司CENTUM-CS3000 DCS控制器來完成。DCS 用來實現溫度控制和監測；流量控制和監測；液位控制和監測；壓力控制和監測；電導體控制和監測；分析儀監測；各爐段溫度、空氣、煤氣、H2控制系統；各爐段壓力控制；換熱器溫度/保護控制；NOF爐主風機和排煙風機的風量控制。操作人員可通過HMI操作站對各爐段溫度的設定值進行調正或可由過程計算機自動選擇。DCS控制器采用4個CPU成對冗余熱備技術，實現在任何故障及隨機錯誤產生的情況下連續不間斷地運行；供電系統、通訊網絡和總線、I/O模塊均可實現雙重化；V-net總線采用交替工作模式的雙重化結構。采用Windows 2000（中文版）操作系統作為DCS ENG/OS軟件平臺，通過OPC方式與L2機通訊。DCS的操作站和工程師站之間通過以太網通訊，操作站和工程師站與DCS控制器之間通過工業以太網V-net通訊。 3．3．HMI監控系統 HMI人機接口系統作為基礎自動化系統重要組成部分，用于控制系統的各種數據的設定、顯示、故障報警，以及相應操作和設備的在線調試及維護，發揮越來越重要的作用。SACL機組電氣自動化系統設有1臺HMI服務器，3臺HMI操作站和1臺工程師站。選用3COM SuperStack 3 4200系列的以太網交換機作為中心交換機，采用VLAN技術將端口劃分成PC機網段和PLC網段。PC機網段用以連接HMI操作站，PLC網段用以連接PLC控制器。監控系統采用SIEMENS WinCC V5.1平臺；儀表自動化系統設有1臺HMI 工程師站，2臺HMI操作站。 3．4．工業以太網 目前的以太網交換機技術可以同時傳輸工業以太網（ISO）協議和TCP/IP協議。HMI服務器與HMI操作站之間采用TCP/IP協議通訊；HMI服務器與PLC控制器之間采用工業以太網(ISO)協議通訊。 3．5．PROFIBUS-DP網 按照歐洲標準EN50170的規定，PROFIBUS-DP確保與符合其它制造商標準部件連接的開放性。系統自動檢測某個站點是否已退出網絡，某個新站點是否加入網絡。以下站點可以被連接：<1>主站點：PLC、工業PC機、編程器；<2>從站點：傳動裝置、傳感器和執行機構、帶PROFIBUS接口的編碼器及其它外部系統（如CPC/EPC等）。 4．總體控制思想 SACL機組控制部分從軟件功能劃分由四個部分來完成，它們是帶鋼跟蹤系統、主令控制系統、順序控制系統和介質部分的風機、泵等控制。為了達到控制穩定、操作可靠的目的，以下控制原則得到采用：<1>單體設備可通過HMI輸入選定狀態下設定為“準備就緒”；<2>故障確認后才能再次操作該設備；<3>診斷信息系統；<4>事故和急停方案。 4．1．帶鋼跟蹤 SACL機組的帶鋼跟蹤系統包括生產線上運行帶鋼的跟蹤和入/出口的鋼卷的跟蹤。在基礎自動化級的帶鋼跟蹤系統實現的功能是帶鋼跟蹤和動作點。跟蹤功能繳活新的設定值并產生某個動作，如：切換到下卷帶鋼的新設定值。 4．2．主令控制 SACL機組的主令控制主要完成與生產線相關的傳動設備的控制。它在基礎自動化控制系統中完成較高水平的控制，其中包括帶鋼的運行控制，傳動的協調和線速度運算，與傳動裝置的控制信號預設定，以及在任意場合基于生產線操作模式變化的工藝控制。為了確保帶鋼順利運行，運行信號和數據一定要被：接收；處理；匹配；傳輸。 主令實現的功能： 聯合點動 操作模式控制 線上傳動控制 帶鋼位置控制 帶鋼張力控制 多處理器通訊 4．3．順序控制 SACL機組的順控功能是完成除了帶鋼線傳動控制以外的所有運轉控制。例如鋼卷運輸部分控制、廢鋼移動等等。 5．過程計算機控制 SACL機組的所有設定參數以帶鋼為單位從L2機獲得。某卷帶鋼在入口段一經確認，該卷帶鋼的設定參數就從二級傳送給一級。所有處于入口段（帶鋼確認點）和張力卷取機之間的帶鋼的設定值都存儲在一個緩沖區里，根據跟蹤系統說觸發的帶鋼位置而相應調用。參數設定值和實際值都在HMI畫面上顯示。過程控制計算機為一級機提供來料鋼卷的信息（包括鋼卷ID號、鋼卷種類、鋼卷規格等數據）、機組各段張力的設定值、存儲原料鋼卷和成品鋼卷各種數據信息以及帶鋼同步請求<