摘 要 本文結(jié)合濟(jì)鋼1700中薄板坯連鑄連軋工程，闡述了GE Fanuc的PACSystems RX7I的在濟(jì)鋼1700的廣泛使用，在實(shí)際控制過(guò)程中有一定的指導(dǎo)意義。
　　關(guān)鍵詞 RX7i、PACSystems、熱連軋、基礎(chǔ)自動(dòng)化
　　Abstract This paper introduce how the PACSystems RX7i made in GE Fanuc used in Basic Automatic System in Jigang 1700 Hot Rolled Strip Steel Production Line , that production line will be run in future.
　　Keywords RX7i、PACSystems、Hot Rolled Strip Steel、Basic automatic system
　　一、概述
　　濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)始建于1958年，職工3.8萬(wàn)，資產(chǎn)總額400億，產(chǎn)品以中板、中厚板、熱軋薄板、冷軋薄板為主?！笆濉逼陂g，濟(jì)鋼抓住機(jī)遇加快結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進(jìn)集約經(jīng)營(yíng)，取得了又好又快發(fā)展，2005年鋼產(chǎn)量突破1000萬(wàn)噸，在全國(guó)十大鋼中名列前矛，極大提高了濟(jì)鋼的知名度。
　　濟(jì)鋼1700中薄板坯連鑄連軋工程是由鞍鋼總承包進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試的，是我國(guó)第一條具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中薄板坯熱軋帶鋼生產(chǎn)線，在國(guó)內(nèi)尚屬首例。2004年底奠基以來(lái)，進(jìn)行了2年的施工建設(shè)，設(shè)備安裝和調(diào)試，于2006年1月一次試車(chē)成功，2006年8月份產(chǎn)量超過(guò)21萬(wàn)噸，標(biāo)志著年產(chǎn)250萬(wàn)噸的熱軋生產(chǎn)線順利投產(chǎn)。
　　熱連軋控制系統(tǒng)在冶金企業(yè)中屬于高精端的層面，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的好壞決定了這條線本身的的質(zhì)量和產(chǎn)量，因熱連軋機(jī)的生產(chǎn)率高、生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)，只要提高自動(dòng)化水平，就可挖掘其巨大潛力，大幅度地提高產(chǎn)量和改善產(chǎn)品的機(jī)械性能、產(chǎn)品尺寸精度、斷面形狀和平直度，而且自動(dòng)化系統(tǒng)還可以承擔(dān)人力不能勝任的復(fù)雜工作。本文從熱軋基礎(chǔ)自動(dòng)化的搭建著手，介紹GE Fanuc的高端產(chǎn)品RX7I如何采集現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件，采集操作臺(tái)的人工設(shè)備干預(yù)，利用復(fù)雜的內(nèi)部數(shù)學(xué)模型來(lái)完成帶鋼在機(jī)架內(nèi)時(shí)各種設(shè)備的動(dòng)作時(shí)序和動(dòng)作過(guò)程。
　　二、系統(tǒng)配置要求
　　濟(jì)鋼1700熱軋生產(chǎn)線主要由：兩座步進(jìn)式加熱爐，一臺(tái)帶前立輥的四輥可逆式粗軋機(jī)，一臺(tái)切頭飛剪，六機(jī)架精軋機(jī)組，一套帶鋼層流冷卻裝置，兩臺(tái)卷取機(jī)，一套鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)等設(shè)備組成。
　　根據(jù)工藝、設(shè)備布置及控制功能，連軋機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)（L1級(jí)）的范圍是從加熱爐爐前輥道開(kāi)始到卷取、運(yùn)輸及稱(chēng)重入庫(kù)為止整條軋制線上所有動(dòng)作設(shè)備的控制和質(zhì)量控制，以及數(shù)據(jù)讀入、控制接口、控制值輸出等。
　　熱軋自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)具有兩大“特點(diǎn)”，即高速控制和高速通信，目前，軋機(jī)設(shè)備控制及工藝參數(shù)控制的周期一般為6～20ms，液壓APC要求更快，在為1-2ms，AGC和AWC要求小于20ms；特別是在精軋區(qū)域內(nèi)，多個(gè)控制功能耦合，并共享輸入和輸出模塊，因此要求數(shù)據(jù)信息在各控制站之間以及各CPU之間能快速更新。最快的數(shù)據(jù)更新時(shí)間最快可達(dá)1ms，如下圖所示：

通過(guò)圖形可以看出來(lái)，輥縫的變化會(huì)影響前滑，前滑會(huì)影響帶鋼的速度，但是輥縫的控制和速度的控制處于不同的PLC控制下，它們除了各自控制要求快速外，相互之間也需要快速交換數(shù)據(jù)來(lái)補(bǔ)償外界干擾帶來(lái)的不穩(wěn)定。
　　熱軋基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該具有靈活的擴(kuò)展性，便于采購(gòu)和升級(jí)，本系統(tǒng)采用基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線，即VME總線的控制器及PCI總線的人機(jī)界面，隨著硬件模塊的升級(jí)換代可方便地更換模塊，而不需要重新移植應(yīng)用軟件。
　　為便于操作，維護(hù)，管理，全線I/O都集中進(jìn)入Versa Max Remote I/O，再經(jīng)控制器處理，HMI通過(guò)全線以太網(wǎng)與相應(yīng)控制器交換信息，工程師站通過(guò)全線以太網(wǎng)可對(duì)任一控制器進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
　　三、GE Fanuc 解決方案
　　3.1 系統(tǒng)構(gòu)成
　　從加熱爐入口開(kāi)始一直到運(yùn)輸鏈結(jié)束，整個(gè)基礎(chǔ)自動(dòng)化全軋線上分布了21臺(tái)GE Fanuc的PACSystems RX7i系統(tǒng)和7套GE 系列90-30 PLC。此外在部分PAC系統(tǒng)中插入了自帶I/O的基于Power PC的CPU板，完成快速的液壓控制，如圖2：
軋線就是靠這些處理器設(shè)備完成動(dòng)作設(shè)備的控制和質(zhì)量控制，以及數(shù)據(jù)讀入、控制接口、控制值輸出等。

　　3.2 高速處理
　　整個(gè)連軋機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制器均為GE Fanuc 產(chǎn)品，分為兩大類(lèi)：PAC－systems和 GE 90－30　PLC：
　　PACSystems是GE Fanuc公司推出的集先前產(chǎn)品先進(jìn)性于一身的高性能控制器，是GE系列90-70的升級(jí)，速度為系列GE系列90-70的7-10倍，目前有2種類(lèi)型，IC698CPE010 和IC698CPE020，在線上都有用到，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速處理。
　　GE 系列90－30主要用于全線要求響應(yīng)不是很快的場(chǎng)所，液壓站和潤(rùn)滑站。
　　另外，針對(duì)液壓，還在GE Fanuc RX7i 的機(jī)架中引入了VME總線的液壓控制器（如右圖）,液壓控制器由德國(guó)MEN公司提供的Power PC（如圖3所示）和M-Module構(gòu)成。德國(guó)MEN公司6U VME總線Power PC工作站采用Motorola公司的CPU,外掛接M-Module，提供磁尺接口和I/O接口 以嵌入式
　　VxWorks為操作平臺(tái)，處理時(shí)間為1-2ms,為高速壓下提供了基礎(chǔ)。

3.3 高速通訊
　　軋線上的主控制器之間與過(guò)程控制級(jí)的通訊采用GE的2Gb/s的光纖內(nèi)存映像網(wǎng)（RFM）通訊。具有簡(jiǎn)單易用，與操作系統(tǒng)和處理器無(wú)關(guān)，極短的數(shù)據(jù)傳輸延遲，抗干擾能力強(qiáng)，各站數(shù)據(jù)刷新時(shí)間快（小于1ms）等優(yōu)點(diǎn)。
他的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)基于VME總線的第三方模板5565和相對(duì)應(yīng)的光纖交換機(jī)5595（如圖5所示）組成的，中間采用對(duì)應(yīng)的LC-LC光纖跳線連接。系統(tǒng)提供節(jié)點(diǎn)旁路產(chǎn)品用以自動(dòng)地繞過(guò)壞的或關(guān)機(jī)的RM節(jié)點(diǎn)，維持環(huán)路的完整性。旁路產(chǎn)品提供節(jié)點(diǎn)旁路環(huán)保護(hù)，就象網(wǎng)絡(luò)集線器的功能一樣。另外還提供單模到多模的轉(zhuǎn)換器，用于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間距最大可達(dá)10 km。

5565的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為256個(gè)，全線的處理器一共不到20個(gè)，完全能夠滿(mǎn)足需要，而且全線距離在1KM之內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)光纖傳輸，而且多模光纖就能夠滿(mǎn)足。
　　3.4 I/O處理
　　全線現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的集中，都是通過(guò)Versa Max I/O進(jìn)入到系統(tǒng)的，而且全線統(tǒng)一，都是通過(guò)DP網(wǎng)傳上來(lái)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸出控制也是通過(guò)DP網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的DP網(wǎng)連接了現(xiàn)場(chǎng)到電氣室，而且走線少，維護(hù)方便。
　　全線PAC系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O的輸入都是經(jīng)過(guò)5136（如圖6所示）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，5136不是GE Fanuc本身的產(chǎn)品，但是GE Fanuc可以方便擴(kuò)展，5136在1700的熱軋現(xiàn)場(chǎng)就是成功的應(yīng)用。5136是WOODHEAD公司的產(chǎn)品，通過(guò)DP網(wǎng)線和超級(jí)終端對(duì)5136硬件的設(shè)置，可以擴(kuò)展多達(dá)125個(gè)從站，每個(gè)從站又可以擴(kuò)展多種I/O,是現(xiàn)場(chǎng)總線很好的解決方案。
5136是基于PAC系統(tǒng)的6U高度提供的遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)解決方案，對(duì)用于潤(rùn)滑站和液壓站的基于3U高度的90-30系列卻是無(wú)能為力的，這需要PBM200的支持， PBM200（如圖7所示）是GE Fanuc 本身的產(chǎn)品，不需要像5136那樣煩瑣的系統(tǒng)配置，這里簡(jiǎn)單說(shuō)明一下5136的硬件配置情況：5136的配置需要專(zhuān)用的軟件SST生成硬件配置，保存為*.BSS文件，再通過(guò)WABFVIEW軟件，寫(xiě)成BINCFG格式，通過(guò)超級(jí)終端軟件下裝到5136網(wǎng)板上。而PBM200是GE Fanuc公司自己的產(chǎn)品，對(duì)它的硬件配置只需要經(jīng)過(guò)ME軟件找到相應(yīng)的模塊就組態(tài)成功了。這里也體現(xiàn)了GE Fanuc公司自己產(chǎn)品的優(yōu)越性，也體現(xiàn)了PAC系統(tǒng)VME總線的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，從投產(chǎn)以來(lái)，一直穩(wěn)定運(yùn)行，是值得信任的遠(yuǎn)程I/O處理方案。
　　

　　3.5 人機(jī)接口
　　另外，所有的畫(huà)面都是通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)傳輸?shù)?，全線所有的處理器，包括PAC，GE 系列90-30,P_PC,都以同一個(gè)網(wǎng)段掛在交換機(jī)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
　　畫(huà)面是通過(guò)CIMPLICITY HMI采集PAC系統(tǒng)或者是90-30內(nèi)部寄存器的值來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的，采取的物理通道就是全線以太網(wǎng)，目前采用工業(yè)冗余以太網(wǎng)MOXA交換機(jī)（如圖8所示）。以太網(wǎng)從物理上互相連接，區(qū)域之間采取多模光纖，區(qū)域內(nèi)部采用雙絞線，把各個(gè)地方的交換機(jī)連在一起，而交換機(jī)的RJ45接口和PAC系統(tǒng)或90-30相應(yīng)的RJ45接口相連，構(gòu)成了全線的以太網(wǎng)。軋線上的工控機(jī)也是連在網(wǎng)上的，工控機(jī)安裝的上位軟件HMI就通過(guò)以太網(wǎng)的物理通道采集全線任何一臺(tái)處理器上的內(nèi)部寄存器地址顯示在畫(huà)面上，操作工根據(jù)畫(huà)面的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的儀表數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行手工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能。
3.5典型應(yīng)用舉例
　　對(duì)于一個(gè)熱軋生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，最重要且直接影響產(chǎn)量和質(zhì)量的部分是精軋機(jī)組，而作為精軋機(jī)組的靈魂、核心的AGC控制更是維系產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，現(xiàn)舉例AGC的控制系統(tǒng)配置圖（圖9）說(shuō)明如下：
　　濟(jì)鋼1700采用全液壓壓下，故需要高響應(yīng)的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用IC698CPE020的PAC處理器，頻率為700MHZ,加上控制液壓的專(zhuān)用處理器模塊P_PC,本系統(tǒng)有兩塊P_PC,一塊用于壓下，一塊用于彎輥和串輥，以實(shí)現(xiàn)高速控制，但是P_PC是基于第三方廠家的，其配置需要特殊處理，運(yùn)行的程序是C語(yǔ)言生成的。系統(tǒng)配置了兩塊模擬量的輸入輸出模板，根據(jù)需要進(jìn)行配置。另外，第7槽配置了A201S，是MEN公司的基板，通過(guò)它可以接編碼器的輸入，在本系統(tǒng)中引入導(dǎo)尺的調(diào)寬量。15槽的5136作為DP的主站引入，系統(tǒng)所需要的輸入和輸出量，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程的控制（如液壓系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)閥）。17槽作為光纖網(wǎng)的重要設(shè)備，承擔(dān)著不同機(jī)架間的數(shù)據(jù)通訊和交流，如壓下系統(tǒng)對(duì)速度的影響量。

四、應(yīng)用總結(jié)
　　GE_Fanuc 的PAC系統(tǒng)自通用以來(lái)，一直運(yùn)行正常，從來(lái)沒(méi)有因?yàn)樗罊C(jī)帶來(lái)重大生產(chǎn)誤時(shí)，并且產(chǎn)量月月攀高：3月份生產(chǎn)鋼卷3.34萬(wàn)噸，4月份6.56萬(wàn)噸，5月份12.96萬(wàn)噸，6月份13.6萬(wàn)噸，7月份17.38萬(wàn)噸，8月份21.2萬(wàn)噸，總產(chǎn)量在75萬(wàn)噸左右，按照每噸300元利潤(rùn)計(jì)算，創(chuàng)造利潤(rùn)為2.25億元，為濟(jì)鋼創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
　　GE Fanuc PAC系統(tǒng)的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　?。?） 速度快，能夠滿(mǎn)足熱連軋對(duì)“高速處理”的要求；
　?。?） 通過(guò)5565進(jìn)行數(shù)據(jù)交換（1ms），能夠滿(mǎn)足“高速通訊”的要求；
　　（3） 支持在線程序更改，節(jié)約調(diào)試時(shí)間；
　　（4） 易于擴(kuò)展，同第三方模塊的融合；
　?。?） 以太網(wǎng)具有單獨(dú)的處理器，需要重新啟動(dòng)以太網(wǎng)時(shí)不影響系統(tǒng)；
　　從投產(chǎn)到生產(chǎn)，GE_Fanuc的RX7i和90-30在熱軋生產(chǎn)線一直運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)功能可靠，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步作出了積極貢獻(xiàn)，因此GE Fanuc的產(chǎn)品應(yīng)該得到更好的發(fā)展，擁有更廣闊的發(fā)展空間，GE Fanuc在濟(jì)鋼1700的應(yīng)用，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。