6ES7212-1BB23-0XB8介紹說明

本文研究并提出將并行工程原理應(yīng)用到機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)中，分析并行工程所產(chǎn)生的效益。

1、并行工程中的技術(shù)工具

近幾年來，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和企業(yè)界都在尋找從技術(shù)上解決實(shí)現(xiàn)并行工程的途徑，目前，主要是圍繞“基礎(chǔ)技術(shù)”和“使能工具”兩個(gè)方而進(jìn)行研究，前者如CAX技術(shù)等，后者如DFX技術(shù)和PDM技術(shù)等。

1.1 CAX技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助工程( CAX)技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，形成了一批**的CAX例如，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析CAE、制造CAM、工藝分析LAPP等及其集成技術(shù)，成為順利實(shí)施并行工程的非常重要的工具。并行工程中CAX之間的交互是動(dòng)態(tài)的、隨機(jī)的、雙向的，這種集成式的互動(dòng)要比中一的CAX應(yīng)用更頻繁、更復(fù)雜。另外，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，尚未獲取全部詳細(xì)信急，因此，并行工程中CAX系統(tǒng)具有模糊的邏輯推理功能，能從不完整的信息來確定設(shè)計(jì)的可行性。

1.2 DFX技術(shù)

而向產(chǎn)品生命周期(DFX)的設(shè)計(jì)技術(shù)是設(shè)計(jì)方法論和設(shè)計(jì)支持技術(shù)的重要研究內(nèi)容之一是產(chǎn)品開發(fā)的有效方法和技術(shù)。DFX是一種設(shè)計(jì)方法論，本身不直接產(chǎn)生設(shè)計(jì)方案，而是設(shè)計(jì)評價(jià)分析方法，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。其主要內(nèi)涵是要求在設(shè)計(jì)過程中盡旱考慮后續(xù)階段，如裝配加工、測試、性能方而對設(shè)計(jì)施加的設(shè)計(jì)約束，以期做到產(chǎn)品生產(chǎn)一次成功。DFX方法不僅用于改進(jìn)產(chǎn)品本身，而且用于改進(jìn)產(chǎn)品的相關(guān)過程，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和過程設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行，而不是像以往，當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)完畢再進(jìn)行過程設(shè)計(jì)。

DFX技術(shù)可以分成兩類：一類是而向產(chǎn)品生命周期某環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，例如，而向加工、而向裝配、而向檢驗(yàn)、而向服務(wù)的設(shè)計(jì)DFM， DFA，DFI，DFS等。另一類為而向產(chǎn)品性能因素的設(shè)計(jì)，例如，而向質(zhì)量、而向成本、而向時(shí)間、而向環(huán)境、而向可靠性的設(shè)計(jì)DFQ，DFC、DFT、DFE、DFR等。

在應(yīng)用DFX技術(shù)前，應(yīng)該根據(jù)存在的問題和制定的目標(biāo)，選擇適當(dāng)DFX工具。當(dāng)需要應(yīng)用幾種DFX技術(shù)解決問題時(shí)，必須確定各種技術(shù)的優(yōu)先應(yīng)用次序。

1.3 PDM技術(shù)

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)技術(shù)是產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享與過程管理技術(shù)，是并行工程的基礎(chǔ)平臺。PDM的目的是對并行工程中的共享數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)范管理，**全局?jǐn)?shù)據(jù)的一致，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和友好界而，使多功能小組能在一個(gè)統(tǒng)一的環(huán)境下工作。PDM將所有與產(chǎn)品有關(guān)的信急和過程集成于一體，從概念設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)計(jì)、制造、銷售、維修直至產(chǎn)品報(bào)廢的整個(gè)生命周期相關(guān)的數(shù)據(jù)，子以定義、組織和管理，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)保持一致、較新、共享及安全。從產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的對象來看，主要分為兩類：一類是產(chǎn)品的定義信息，另一類是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、開發(fā)過程等相關(guān)的管理信息。

目前，產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)PDES/STEP和利用PDM進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程管理，己被學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界接受，成為發(fā)展新一代企業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，對企業(yè)建立并行工程的環(huán)境是十分重要的。

除了上述關(guān)鍵技術(shù)之外，還有并行工程實(shí)施過程的建模、與系統(tǒng)綜合協(xié)調(diào)技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)包括計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)字模型生成技術(shù)、快速原型技術(shù)、多媒體技術(shù)等各種分析手段。對于一個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)，還要構(gòu)造協(xié)同工作環(huán)境，進(jìn)行組織重構(gòu)和過程重組，使系統(tǒng)具有協(xié)調(diào)功能，能跟蹤設(shè)計(jì)過程和管理工作流程，對發(fā)生的沖突進(jìn)行檢測與仲裁，從而**并行工程的總目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

2、基于并行工程的產(chǎn)品開發(fā)過程

并行工程實(shí)施的困難往往影響其效果的充分發(fā)揮。本文結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對并行工程的實(shí)施和應(yīng)用進(jìn)行以下重點(diǎn)研究。

并行工程的實(shí)施需要從調(diào)整企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和建立產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)體系兩方而著手。產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)作為并行工程的重要環(huán)節(jié)，決定著并行工程實(shí)施的成敗。產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)必須打破傳統(tǒng)的串行設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)工具、設(shè)計(jì)信息的有效集成及設(shè)計(jì)過程的高度并行。集成的關(guān)鍵在于各種設(shè)計(jì)信息能在設(shè)計(jì)的不同階段之間進(jìn)行有效的交流和協(xié)調(diào)，這里的信息，不但包括設(shè)計(jì)圖樣和設(shè)計(jì)說明，而且包括設(shè)計(jì)意圖、設(shè)計(jì)原理、評價(jià)決策思想等。集成的結(jié)果應(yīng)表現(xiàn)為設(shè)計(jì)過程的并行操作。

2.1 產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)體系框架

基于并行工程思想，設(shè)計(jì)以產(chǎn)品全生命周期為基準(zhǔn)

0　引 言

隨著我國陸上油田的開發(fā)進(jìn)入中、后期，開采難度逐步增加，各種深井、**深井、水平井、低滲井等類型的復(fù)雜油井相繼出現(xiàn)。相應(yīng)地，固井工作對油井水泥的各種物理、化學(xué)性能要求也越來越多、越來越高，單單靠增加水泥品種已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能解決問題。于是大量應(yīng)用多種油井水泥外加劑、外摻料來改變固井水泥漿的性能以滿足現(xiàn)場固井生產(chǎn)的需要。傳統(tǒng)的“濕混”方案由于密度的檢測與控制較為困難、一次固井過程所需要的物料量不好掌握以及某些外加劑不溶于水等緣故，應(yīng)用受到一定程度的限制；于是與之對應(yīng)的“干混”工藝應(yīng)運(yùn)而生，油井水泥干混技術(shù)絕大多數(shù)是以壓縮空氣為動(dòng)力，使幾種粉狀物料在氣化狀態(tài)下分級稀釋，從而完成均勻混拌。
本系統(tǒng)是由石油大學(xué)（華東）自動(dòng)化系開發(fā)、與勝利油田新潮技術(shù)公司產(chǎn)品“油井水泥干混裝置”配套的監(jiān)控系統(tǒng)，克服了國外同類產(chǎn)品的不足，更適合于我國的國情，該系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于青海油田特車公司油井水泥干混廠。

1　工藝過程及控制要求

通常，油井水泥干混裝置都是由原料罐區(qū)、藥品罐區(qū)、成品罐區(qū)和混拌罐區(qū)等主要設(shè)備以及配套的動(dòng)力裝置（壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐等）、水泥／藥品拆袋和裝置六大部分組成。其目的是在常規(guī)水泥中加入一定比例的幾種添加劑，并使這幾種粉狀物料在氣化、流化狀態(tài)下均勻混合，從而達(dá)到各種固井水泥的性能指標(biāo)。
該裝置在實(shí)際工作過程中要求有手動(dòng)、自動(dòng)、統(tǒng)計(jì)三種方式。其中，手動(dòng)方式要求通過工業(yè)PC顯示器，利用鼠標(biāo)操作來實(shí)現(xiàn)人工打開、關(guān)閉某一氣動(dòng)截止閥、調(diào)節(jié)閥，進(jìn)而控制水泥、添加劑等物料的流向與流量，這種操作方式類似于國內(nèi)早期引進(jìn)的同類產(chǎn)品在人工操作臺上的操作；自動(dòng)方式則要求從原料罐、藥品罐的充氣、出料開始，經(jīng)過若干中間流程，一直到合格的成品進(jìn)入成品罐，全過程自動(dòng)控制與監(jiān)視以及相應(yīng)的故障處理，該操作方式是本系統(tǒng)的重點(diǎn)；統(tǒng)計(jì)方式要求實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)罐的物料進(jìn)、出量（各罐物料的進(jìn)出都通過電子稱進(jìn)行計(jì)量），最后以日報(bào)、月報(bào)、年報(bào)的形式形成報(bào)表，以便核算生產(chǎn)成本與生產(chǎn)效率，為進(jìn)一步生產(chǎn)管理提供依據(jù)。

2　監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1　硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要考慮的是系統(tǒng)的性能價(jià)格比，鑒于上述控制要求，選用了西門子公司SIMATIC　STEP　7中型PLC和艾訊公司AX6145工業(yè)PC構(gòu)成該監(jiān)控系統(tǒng)。SIMATIC　STEP　7采用模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模，靈活地選擇輸入／輸出接口模塊的數(shù)量與類型，其技術(shù)指標(biāo)為DI／DO512點(diǎn)，AI／AO128點(diǎn)、內(nèi)部RAM40K、程序較大容量為256K，完全可以滿足本系統(tǒng)的需要，利用它完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制與參數(shù)檢測。AX6145工業(yè)PC采用Inbbb Pentium 200處理器、32M內(nèi)存、2M顯存、32XCD，滿足S7PLC對上位監(jiān)控設(shè)備的要求，并且性能穩(wěn)定、可靠，適合于工業(yè)現(xiàn)場使用，利用它完成對整個(gè)工作過程的監(jiān)控與人機(jī)對話。PC與PLC之間通過SIEMENS　PROFIBUS－NET模塊CP－342和插入PC的通信卡S75412／PG5412進(jìn)行連接。現(xiàn)場一次設(shè)備選用通用的壓力變送器、稱重儀、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、開關(guān)電磁閥和電容式料位開關(guān)等常規(guī)儀表。
2．2　軟件設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是一個(gè)小型的分散型控制系統(tǒng)。上位軟件選用美國Inbbtion公司的組態(tài)軟件FIX6．02，其運(yùn)行平臺為bbbbbbs NT 4．0 Workstation， FIX與SIEMENS通信卡S75412／PG5412之間由FIX提供的S7　Driver來實(shí)現(xiàn)通信，通信卡與PLC之間由S75412的隨卡驅(qū)動(dòng)程序連接，S7 Driver和S75412驅(qū)動(dòng)程序通過組態(tài)設(shè)置正確后即可正常工作，下位控制功能通過對PLC編程實(shí)現(xiàn)。
上位軟件FIX已經(jīng)提供了豐富的數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、人機(jī)交互等功能，基本上滿足了系統(tǒng)的實(shí)際需要。三種工作方式分別是這樣實(shí)現(xiàn)的：手動(dòng)方式由操作者通過FIX的運(yùn)行環(huán)境——VIEW界面，用鼠標(biāo)點(diǎn)按不同按鈕、拖拉相應(yīng)的操作手柄從而改變FIX　DATABASE中數(shù)字量、模擬量輸出值，然后由FIX　DATABASE通過I／O　DRIVER直接驅(qū)動(dòng)PLC的輸出接口，而現(xiàn)場開關(guān)量與模擬量的值由PLC自動(dòng)采集，然后通過I／O　DRIVER讀入FIX數(shù)據(jù)庫并顯示在FIX的VIEW界面上；統(tǒng)計(jì)方式通過FIX與Excel 7．0之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE），將數(shù)據(jù)傳送給Excel的WorkSheet，然后對Excel接收到的數(shù)據(jù)利用VBA進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)報(bào)表的自動(dòng)生成與打印功能；較為困難的是該系統(tǒng)自動(dòng)工作方式，自動(dòng)工作過程中要求人機(jī)交互進(jìn)行，某些步驟必須由人工做出選擇，方可進(jìn)入下一步，F(xiàn)IX與PLC均無法直接實(shí)現(xiàn)。為此，利用FIX　COMMAND　LANGE的編程功能編寫了這部分人機(jī)交互程序，通過FIX向PLC下傳不同的運(yùn)行標(biāo)志來控制PLC完成相應(yīng)的功能，從而實(shí)現(xiàn)工藝過程的自動(dòng)控制。
上位軟件的總體框圖如圖2所示，即系統(tǒng)開始（啟動(dòng)“青海油田油井水泥監(jiān)控系統(tǒng)”圖標(biāo)）之后，首先初始化系統(tǒng)：上位機(jī)、PLC自檢，兩者均正常以后，分別設(shè)置FIX　DATABASE中數(shù)字量與模擬量的輸出值和PLC輸出模塊默認(rèn)的初始狀態(tài)，根據(jù)人工選擇，分別進(jìn)入自動(dòng)、手動(dòng)、統(tǒng)計(jì)、退出4種方式。

自動(dòng)工作時(shí)，共有4種混拌方式，分別加入不同的添加劑和實(shí)現(xiàn)不同混拌過程。其中：*1種混拌方式的上位監(jiān)控程序框圖如圖3所示。通過按鍵選擇進(jìn)入*1種工作方式，上位軟件向PLC下傳混拌方式1標(biāo)志，并打開方式1參數(shù)輸入表，參數(shù)包括選定的原料、藥品罐號、混拌比例、混拌時(shí)間等，參數(shù)輸入結(jié)束后，提問是否開始混拌，若否，退出方式1，返回監(jiān)控狀態(tài)，并下傳的方式1標(biāo)志；若是，將設(shè)置好的參數(shù)下傳，啟動(dòng)方式1混拌過程的自動(dòng)控制，即原料罐／藥品罐充氣→原料／藥品計(jì)量→幾種藥品的比例加入控制→*1次加水泥稀釋／混拌→*2次加水泥稀釋／混拌→*3次集中混拌→將成品送入成品罐?；彀柽^程中根據(jù)PLC上傳的過程標(biāo)志由上位機(jī)給出相應(yīng)的文字、聲音提示，如：“原料罐正在充氣，請稍候！”、“計(jì)量罐正在進(jìn)水泥，請等待！”、“計(jì)量罐出口比例閥故障，請…”等等，同時(shí)，流程圖上直觀地顯示工藝過程的各個(gè)參數(shù)與狀態(tài)。以上正常的工藝過程是典型的順序控制，PLC和上位軟件都容易實(shí)現(xiàn)；若某過程出現(xiàn)故障，如原料管線堵、藥品罐漏氣等情況，要求PLC軟件有相應(yīng)的應(yīng)急處理方法且在上位監(jiān)控設(shè)備上做出提示，編程實(shí)現(xiàn)這部分邏輯關(guān)系較為復(fù)雜?？傊?，上位軟件充分利用了FIX的特點(diǎn)，使整個(gè)監(jiān)控過程、靈活、。

下位控制軟件主要是完成各種混拌過程的自動(dòng)控制與相應(yīng)的故障處理、應(yīng)急處理，同時(shí)為上位監(jiān)控設(shè)備提供工作過程的狀態(tài)標(biāo)志與運(yùn)行參數(shù)。另外，生產(chǎn)還要求在PLC程序執(zhí)行過程中隨時(shí)可以退出自動(dòng)方式，返回手動(dòng)狀態(tài)，以應(yīng)付各種突發(fā)事件。程序的編制采用的是SIMATIC　STEP7結(jié)構(gòu)化的編程方式，自動(dòng)工作時(shí)PLC程序總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，故將各種工作方式都放在一個(gè)大循環(huán)當(dāng)中。其中，初始化操作、混拌方式1至混拌方式4以及收尾工作都是不同的程序模塊PB1～PB6，PB模塊和故障處理程序當(dāng)中某些功能相同，但每次調(diào)用時(shí)參數(shù)不同的部分也都做成獨(dú)立的功能模塊FB1～FB9、數(shù)據(jù)模塊DB1～DB5，除此之外還用到周期運(yùn)行的組織塊OB1、上電初始化組織塊OB100等模塊，根據(jù)上位監(jiān)控設(shè)備下傳的不同標(biāo)志和混拌的不同進(jìn)程決定是否調(diào)用相應(yīng)的模塊。需要說明的是本系統(tǒng)中PID控制規(guī)律是采用PC與PLC相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)的，由于控制器給定值的計(jì)算較為復(fù)雜且某些參數(shù)還會(huì)隨著外加劑的不同、使用環(huán)境溫度的變化而改變、PLC處理數(shù)據(jù)運(yùn)算的能力不強(qiáng)等緣故，采取在上位設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)輸入結(jié)束后（參見圖3上位監(jiān)控程序框圖）由人工選定計(jì)算公式、輸入計(jì)算系數(shù)，混拌過程開始后，由上位機(jī)根據(jù)物料流量計(jì)算PID給定值、完成PID運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果通過FIX的AO模塊傳送給PLC的模擬量輸出模塊，從而控制調(diào)節(jié)閥的開度。這樣，簡化了PLC的編程工作。運(yùn)行結(jié)果表明：該方法控制效果與直接由PLC完成PID運(yùn)算基本一致?？傊刂瞥绦虺浞掷昧薙IMATIC　STEP7結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，使整個(gè)控制程序條理清楚、調(diào)試、維護(hù)方便。
3　現(xiàn)場應(yīng)用

該系統(tǒng)充分利用了PLC體積小、功能強(qiáng)、可靠、通用、易維護(hù)的特點(diǎn)和工業(yè)PC抗干擾能力強(qiáng)、簡單、直觀的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成了一個(gè)分散型監(jiān)控系統(tǒng)，圓滿地完成了用戶提出的監(jiān)視、控制要求。

在合金鋼連鑄生產(chǎn)中，配水是一個(gè)確保生產(chǎn)順行和產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的手動(dòng)配水方式已不適應(yīng)生產(chǎn)工藝要求，尤其是不能滿足產(chǎn)品質(zhì)量的需要。
萊蕪鋼鐵集團(tuán)股份有限公司特殊鋼廠(簡稱萊鋼特鋼廠)自行設(shè)計(jì)的合金鋼連鑄自動(dòng)配水系統(tǒng)投入運(yùn)行后，正常穩(wěn)定，**了連鑄生產(chǎn)的順行和良好的鋼坯質(zhì)量。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，維護(hù)量小，配水模型設(shè)計(jì)合理，完全滿足不同鋼種的工藝要求。

1 系統(tǒng)控制原理

該配水系統(tǒng)分為結(jié)晶器段和二冷段，二冷段又分為7段（即：足輥段、Ⅰ區(qū)寬面、Ⅰ區(qū)窄面、Ⅱ區(qū)寬面、Ⅱ區(qū)窄面、Ⅲ區(qū)寬面 、Ⅲ區(qū)窄面）。系統(tǒng)根據(jù)配水模型對各段的水量分別進(jìn)行控制。
1.1 配水模型
連鑄的配水與多種現(xiàn)場工藝因素相關(guān)。選擇其中影響較大的因素—鋼坯的拉速和鋼種作為控制配水的主要條件。
各段的配水量與拉速之間有一個(gè)比較合理的對應(yīng)關(guān)系：
Q =AV +B (1)
式中Q ——某段的配水量；
V ——鋼坯的拉速；
A,B ——配水系數(shù)。
由公式(1)可以看出，某段的配水量和鋼坯的拉速成線性關(guān)系，當(dāng)拉速發(fā)生變化時(shí)，所需要的配水量也要發(fā)生相應(yīng)的變化。
另外，不同的鋼種，所要求的配水量也不相同。根據(jù)這些編制配水表，即對應(yīng)不同的鋼種，拉速和配水段制成一個(gè)表格，其中系數(shù)A、B 根據(jù)比水量計(jì)算得出。
以軸承鋼為例，配水模型見表1。系統(tǒng)根據(jù)模型進(jìn)行配水量的計(jì)算。

1.2 控制方式
系統(tǒng)控制采用自動(dòng)配水、設(shè)定和閥位設(shè)定3種方式。
自動(dòng)配水：由PLC將各種參數(shù)經(jīng)過模型計(jì)算，控制輸出相應(yīng)的配水量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配水，該方式的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高，反應(yīng)迅速。
流量設(shè)定：通過上位機(jī)設(shè)定某段配水量進(jìn)行控制。這種方式主要是在水表的設(shè)定有偏差時(shí)，通過人工設(shè)定，而后進(jìn)行配水模型的修正。
閥位設(shè)定：通過上位機(jī)直接設(shè)定閥位。該方式主要應(yīng)用在生產(chǎn)中的特殊情況下，例如：需要緊急調(diào)整或在生產(chǎn)前檢查給水量情況。
以上3種方式互相補(bǔ)充，靈活采用，可以很好地滿足連鑄配水要求。
1.3 自動(dòng)控制原理
首先，通過上位機(jī)選擇好鋼種，下傳到PLC中，由PLC選擇相應(yīng)的配水模型；PLC接受現(xiàn)場的拉速信號，經(jīng)過配水模型計(jì)算，得出實(shí)際需要的配水量；同時(shí)與現(xiàn)場實(shí)際的配水量進(jìn)行比較，經(jīng)PID計(jì)算，得出控制閥位值，控制調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)水量達(dá)到設(shè)定值；隨著拉速的變化，反復(fù)循環(huán)該過程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配水控制。

2 系統(tǒng)組成

2.1 基本結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由4部分組成：現(xiàn)場一次儀表，PLC控制機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和上位機(jī)。

根據(jù)工藝和控制要求，需要對各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行檢測采集，作為系統(tǒng)控制的依據(jù)。包括：鋼坯拉速、各段水量、溫度、壓力、閥位等。這些采集和對水量的調(diào)節(jié)主要由一次儀表來完成。
PLC控制機(jī)構(gòu)作為系統(tǒng)的核心部分，其功能由PLC控制器來完成。PLC負(fù)責(zé)收集各種信號，進(jìn)行各種運(yùn)算和轉(zhuǎn)換，給上位機(jī)提供數(shù)據(jù)并接受上位機(jī)的操作指令，將控制信號輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，模板的配置見圖2。其中每流的I/O點(diǎn)配置為：模擬量輸入47點(diǎn)，模擬量輸出15點(diǎn)，數(shù)字量輸入16點(diǎn)，數(shù)字量輸出16點(diǎn)。
上位機(jī)完成畫面監(jiān)控，監(jiān)控功能由工控機(jī)帶顯示器和打印機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收PLC的控制信號，由調(diào)節(jié)閥和切斷閥完成對水量的控制。其中調(diào)節(jié)閥選用的是電子式直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，控制精度高；切斷閥選用的是24V雙電控氣動(dòng)O型切斷閥，動(dòng)作時(shí)間不到2s。
2.2 應(yīng)用程序
系統(tǒng)所用的是施耐德PLC配套的編程軟件，分別是PLC編程軟件CONCEPET2.5和上位機(jī)組態(tài)軟件MP7。
PLC程序編寫過程為：對系統(tǒng)進(jìn)行硬件配置；配置變量表；編寫DFB功能塊,相當(dāng)于“子程序”,包括配水模型、PID調(diào)節(jié)功能塊等;最后編寫主程序,包括PID調(diào)節(jié)程序、報(bào)警程序、配水模型程序等。
上位機(jī)軟件組態(tài)包括SERVER和BUILD兩大部分。SERVER是數(shù)據(jù)進(jìn)行交換和存儲(chǔ)的中心。包括變量表，歷史數(shù)據(jù)庫，報(bào)警數(shù)據(jù)庫的設(shè)置等。監(jiān)控畫面包括整體工藝圖，配水管路圖，配水調(diào)節(jié)，歷史趨勢圖，報(bào)警和水表選擇畫面等。

3 應(yīng)用效果

系統(tǒng)投入運(yùn)行一年多來，故障率低，幾乎免于維護(hù)，沒有更換過任何設(shè)備。成為萊鋼特鋼廠較為穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：
(1) 系統(tǒng)控制精度高，反應(yīng)靈敏。調(diào)節(jié)閥的口徑計(jì)算準(zhǔn)確，水量的控制誤差不到1%；工況變化時(shí)，水量的調(diào)節(jié)反映時(shí)間低于3s，從根本上避免了由于水量滯后所造成的“漏鋼”等現(xiàn)象。
(2) 控制方式靈活。在生產(chǎn)中，操作人員可以根據(jù)生產(chǎn)中的具體情況，自由選擇各種控制方式。有手動(dòng)、半自動(dòng)以及全自動(dòng)，并可針對不同情況選擇不同控制方案。
(3) 適應(yīng)各種工藝要求。針對萊鋼特鋼廠生產(chǎn)合金鋼產(chǎn)品的特點(diǎn)，該系統(tǒng)對不同鋼種有相應(yīng)的控制方案，同時(shí)，重點(diǎn)考慮象軸承鋼等對質(zhì)量要求高的產(chǎn)品，在配水模型上潛心研究，配水制度更為完整合理，為多鋼種、高質(zhì)量的連鑄生產(chǎn)提供保。其中，齒輪鋼和軸承鋼都一次試?yán)晒Α?/p>

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