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摘 要：本项目针对热装热送老控制系统设备老化，故障率大，备品备件缺少，维护困难等缺陷，提出新的控制方案，并实现了热装热送控制系统的升级和优化，投入运行以来，安全稳定可靠，很好地完成了热装热送控制，确保了生产的顺行，大幅度降低了生产成本，增加了经济效益。
关键词：热装热送；改造；方案；升级；控制系统。
一、项目的来源及意义
1、项目的来源
炼钢至中小型热装热送控制系统承担着炼钢厂2#连铸机与轧钢厂轧机生产流程衔接、原料运输的任务。该系统自1996年投运以来到目前为止已经运行了9年的时间。随着热送工艺的不断变化，投运时间的增加，该系统逐渐暴露出越来越多的问题，故障时间呈现逐年上升的趋势，且备品备件难以购买。
2、项目的意义
铸坯热装，可以降低能耗，减少烧损，提高成材率，简化生产工艺流程，缩短生产周期，节约生产费用，降低铸坯库存，减少资金占用，提高加热炉生产能力，减少轧制事故和废品，节省厂房面积和劳动力，可以大幅度降低产品成本，增加经济效益。据经验，铸坯热装外表温度在500℃以上，其综合效益可达吨坯100元左右。因此越来越多的企业正在加大铸坯热装热送力度，并把铸坯热装比作为一项重要的考核指标，不少企业铸坯热装率已达90%甚至更高。
二、项目的提出
原有热送辊道的控制系统共有两套西门子可编程控制器S5-135U PLC，分别控制炼钢区和轧区的设备。该控制系统采用S5-135U PLC，性能落后，编程软件为基于DOS平台的STEP5，编程界面不友好；PLC系统通讯网络为采用同轴粗缆的SINEC H1网，PLC、上位机则通过西门子粗缆收发器与网络进行连接，目前同轴粗缆已经老化，且该通讯方式速率慢，效率低，硬件连接复杂、故障处理时间长、维护性差；上位机配置低（PⅢ366），人机界面HMI采用西文版的WINCC4.0开发而成，实现汉化以及生产报表打印十分困难。更重要的是备品备件难以解决，维护班组目前仅有很少量的库存备件（2块DI、1块DO），如CPU、电源、模拟量模板等关键备件均无储备，无法满足生产维护的需求。由于西门子S5-135U PLC早已淘汰，其绝大多数备件已经停产，经过与西门子代理商多次联系，仅能买到少数几种备件，不但价格非常昂贵（是主流产品S7系列的3倍以上），而且采购周期很长（至少6个月），不利于备品备件工作的开展。该系统的软/硬件方面的落后已难以适应目前的生产需求，而且也不利于系统的维护与改造，所以该系统的升级与优化迫在眉睫。
三、改造方案的可行性及关键技术
1、改造方案的技术可行性分析：该技术改造方案拟采用西门子S7-300 PLC替换现有的S5系统，通讯网络为高速光纤冗余网，软件系统采用STEP7以及WINCC6.0。以上均为当今现有的主流、先进成熟的控制技术，并已经在炼钢、轧钢生产线中进行过广泛的应用，具备良好的应用基础和通用性，该改造方案具有很强的可行性。
2、该热装热送项目改造的技术方案分别从硬件、通讯网络以及软件三个方面进行阐述。
2.1、硬件方面：
（1）可编程控制器PLC
原先使用的可编程控制器为西门子S5-135U PLC，该型号产品已淘汰，各方面性能均十分落后。经过认真的对比论证，拟采用SIEMENS PLC S7-300系列可编程控制器进行改造；采用 S7系统控制，比S5系统可靠性更强，处理数据速度更快，能够满足现场的生产要求，同时还具有很好的通用性。
（2）人机界面HMI
实现PLC、HMI的网络连接采用高性价比的台湾研华工控机IPC610H（原装机）作为上位机完成在线监控的任务。具体配置为：CPU：P4 2.8G；内存：512M；硬盘：80G（带人体工学键盘、光电鼠标、USB口），3COM以太网卡。
2.2、通讯网络：
由于炼钢厂2#连铸机与轧钢厂轧机两个操作站通讯距离长（600米），外界电磁干扰强等因素，上位机通讯采用高可靠性的双光纤网络，其中一条光纤冷备。采用光缆为通讯介质的以太网通讯具有通讯速率高（可达100Mbps）、传输距离超长、抗干扰能力强、误码率低、价格低廉、施工简单、维护方便等优点。为了提高系统的可靠稳定性，采用工业级光纤通讯产品（10/100M自适应）。
2.3、软件方面：
原先使用的编程软件为STEP5，是基于DOS操作系统下的，操作性和人机交互性已十分落后，现改为基于WIN2000平台的STEP7软件，编程界面友好，易于操作；监控站系统采用可以汉化的WINCC6.0监控软件，它是一套提供现场数据采集，过程可视化及过程监控功能的工业自动化软件，功能强大，稳定性极高。
四、此改造方案实现的功能
此改造方案主要对炼钢厂热送站的推钢机、传输辊道（分为冷装辊道、一组辊道、二组辊道）、推钢机液压站、光电管等设备和轧钢厂热送站的三组传输辊道（M039-M053辊道、M054-M068辊道、M069-M082、M083-M097、M098-M112辊道）、二组传输辊道（M113-M127辊道）、一组传输辊道（M128-M142辊道）、事故台架、事故台架液压站、光电管等设备进行控制编程。
炼钢至中小型热装热送控制系统的升级与优化完成后，实现了完整画面监控，热送辊道炼钢站和轧钢厂站之间能够实现互相监控画面，避免了堆钢事故的发生。实现了推钢机控制、液压站控制、辊道控制、辊道连锁、钢坯计数、事故台架控制、和中小型联系等控制要求。通过历史数据趋势记录和查询、操作和报警实现了故障跟踪分析；网络具有可扩展性，可实现全厂微机联网，扩展了炼钢厂的信息通道，对动态掌握生产情况，更好地组织生产具有非常重要的意义。该控制系统联入远程监控系统可以对该控制系统进行实时数据采集和远程监控功能。
五、此改造方案的创新点
1、网络自动诊断功能：
该技术方案采用PHOENIX的新型工业级光纤交换机FL SWITCH MM HS，它是一种模块可管理交换机（MMS）；首站带有4个集成槽（8个端口）；网络通讯速率10／100Mbps；具有综合Web服务器功能；最多可以同两个FL MXT扩展模块进行扩展（最多24个端口）；最为重要该交换机具有强大的诊断显示功能。依据以往使用、维护交换机的经验，如何能在最短的时间内判断出网络故障是评价网络自诊断功能是否强大的一个非常重要的指标。
2、系统具有的强大功能和防干扰措施：
SIEMENS S7系列的控制系统功能更为强大，扫描速度更快，可以进行更为复杂的控制，同时支持多种通讯协议，兼容性好；台湾研华工控机是一种非常稳定耐用的工控机，其优越的系统性能、灵活的扩展性及特殊的监控功能使其普遍适用于各种工业场合，特别适用于那些对功能和操作可靠性有严格要求的场合；采用光缆作为通讯介质的以太网通讯具有通讯速率高（可达100Mbps）、传输距离超长、抗干扰能力强、误码率低等优点。
3、梯形图编程结构：
原PLC程序采用件则为基于DOS平台的STEP5，编程界面不友好，掌握困难。改造后控制程序通过使用西门子公司专用的编程软件STEP7，并采用LAD、CSF、STL三种灵活的方式编制而成。整套控制程序采用模块化/结构化编程方法：控制程序分为若干控制部分，每一部分的控制程序及数据分别编制在不同的FC、FB以及DB程序块中，并由主程序OB1在每次扫描周期中依次调用来实现各自的控制功能；此外，在每一个程序块中，加以详细的注释以进行说明。这种编程方法使得程序的查阅、功能的扩充及修改变得更加容易，大大增强了程序的灵活性、可读性、实用性和维护性。
六、结束语
根据该系统改造投运来的实际效果看，该自动控制系统设计合理，控制先进，功能丰富，运行安全稳定可靠，很好地完成了热装热送控制，确保了生产的顺行，取得了极好的经济效益。该自控系统具有一定的自扩展、自学习功能，在本行业及其它相关行业具有很高的推广价值。
此外，该系统进行重新开发后改善了操作人员的工作环境，如轧钢厂热送站辊道控制实现了直送和剔坯的自动化，明显降低了操作人员的劳动强度，具有十分积极的社会意义。
关键词：热装热送；改造；方案；升级；控制系统。
一、项目的来源及意义
1、项目的来源
炼钢至中小型热装热送控制系统承担着炼钢厂2#连铸机与轧钢厂轧机生产流程衔接、原料运输的任务。该系统自1996年投运以来到目前为止已经运行了9年的时间。随着热送工艺的不断变化，投运时间的增加，该系统逐渐暴露出越来越多的问题，故障时间呈现逐年上升的趋势，且备品备件难以购买。
2、项目的意义
铸坯热装，可以降低能耗，减少烧损，提高成材率，简化生产工艺流程，缩短生产周期，节约生产费用，降低铸坯库存，减少资金占用，提高加热炉生产能力，减少轧制事故和废品，节省厂房面积和劳动力，可以大幅度降低产品成本，增加经济效益。据经验，铸坯热装外表温度在500℃以上，其综合效益可达吨坯100元左右。因此越来越多的企业正在加大铸坯热装热送力度，并把铸坯热装比作为一项重要的考核指标，不少企业铸坯热装率已达90%甚至更高。
二、项目的提出
原有热送辊道的控制系统共有两套西门子可编程控制器S5-135U PLC，分别控制炼钢区和轧区的设备。该控制系统采用S5-135U PLC，性能落后，编程软件为基于DOS平台的STEP5，编程界面不友好；PLC系统通讯网络为采用同轴粗缆的SINEC H1网，PLC、上位机则通过西门子粗缆收发器与网络进行连接，目前同轴粗缆已经老化，且该通讯方式速率慢，效率低，硬件连接复杂、故障处理时间长、维护性差；上位机配置低（PⅢ366），人机界面HMI采用西文版的WINCC4.0开发而成，实现汉化以及生产报表打印十分困难。更重要的是备品备件难以解决，维护班组目前仅有很少量的库存备件（2块DI、1块DO），如CPU、电源、模拟量模板等关键备件均无储备，无法满足生产维护的需求。由于西门子S5-135U PLC早已淘汰，其绝大多数备件已经停产，经过与西门子代理商多次联系，仅能买到少数几种备件，不但价格非常昂贵（是主流产品S7系列的3倍以上），而且采购周期很长（至少6个月），不利于备品备件工作的开展。该系统的软/硬件方面的落后已难以适应目前的生产需求，而且也不利于系统的维护与改造，所以该系统的升级与优化迫在眉睫。
三、改造方案的可行性及关键技术
1、改造方案的技术可行性分析：该技术改造方案拟采用西门子S7-300 PLC替换现有的S5系统，通讯网络为高速光纤冗余网，软件系统采用STEP7以及WINCC6.0。以上均为当今现有的主流、先进成熟的控制技术，并已经在炼钢、轧钢生产线中进行过广泛的应用，具备良好的应用基础和通用性，该改造方案具有很强的可行性。
2、该热装热送项目改造的技术方案分别从硬件、通讯网络以及软件三个方面进行阐述。
2.1、硬件方面：
（1）可编程控制器PLC
原先使用的可编程控制器为西门子S5-135U PLC，该型号产品已淘汰，各方面性能均十分落后。经过认真的对比论证，拟采用SIEMENS PLC S7-300系列可编程控制器进行改造；采用 S7系统控制，比S5系统可靠性更强，处理数据速度更快，能够满足现场的生产要求，同时还具有很好的通用性。
（2）人机界面HMI
实现PLC、HMI的网络连接采用高性价比的台湾研华工控机IPC610H（原装机）作为上位机完成在线监控的任务。具体配置为：CPU：P4 2.8G；内存：512M；硬盘：80G（带人体工学键盘、光电鼠标、USB口），3COM以太网卡。
2.2、通讯网络：
由于炼钢厂2#连铸机与轧钢厂轧机两个操作站通讯距离长（600米），外界电磁干扰强等因素，上位机通讯采用高可靠性的双光纤网络，其中一条光纤冷备。采用光缆为通讯介质的以太网通讯具有通讯速率高（可达100Mbps）、传输距离超长、抗干扰能力强、误码率低、价格低廉、施工简单、维护方便等优点。为了提高系统的可靠稳定性，采用工业级光纤通讯产品（10/100M自适应）。
2.3、软件方面：
原先使用的编程软件为STEP5，是基于DOS操作系统下的，操作性和人机交互性已十分落后，现改为基于WIN2000平台的STEP7软件，编程界面友好，易于操作；监控站系统采用可以汉化的WINCC6.0监控软件，它是一套提供现场数据采集，过程可视化及过程监控功能的工业自动化软件，功能强大，稳定性极高。
四、此改造方案实现的功能
此改造方案主要对炼钢厂热送站的推钢机、传输辊道（分为冷装辊道、一组辊道、二组辊道）、推钢机液压站、光电管等设备和轧钢厂热送站的三组传输辊道（M039-M053辊道、M054-M068辊道、M069-M082、M083-M097、M098-M112辊道）、二组传输辊道（M113-M127辊道）、一组传输辊道（M128-M142辊道）、事故台架、事故台架液压站、光电管等设备进行控制编程。
炼钢至中小型热装热送控制系统的升级与优化完成后，实现了完整画面监控，热送辊道炼钢站和轧钢厂站之间能够实现互相监控画面，避免了堆钢事故的发生。实现了推钢机控制、液压站控制、辊道控制、辊道连锁、钢坯计数、事故台架控制、和中小型联系等控制要求。通过历史数据趋势记录和查询、操作和报警实现了故障跟踪分析；网络具有可扩展性，可实现全厂微机联网，扩展了炼钢厂的信息通道，对动态掌握生产情况，更好地组织生产具有非常重要的意义。该控制系统联入远程监控系统可以对该控制系统进行实时数据采集和远程监控功能。
五、此改造方案的创新点
1、网络自动诊断功能：
该技术方案采用PHOENIX的新型工业级光纤交换机FL SWITCH MM HS，它是一种模块可管理交换机（MMS）；首站带有4个集成槽（8个端口）；网络通讯速率10／100Mbps；具有综合Web服务器功能；最多可以同两个FL MXT扩展模块进行扩展（最多24个端口）；最为重要该交换机具有强大的诊断显示功能。依据以往使用、维护交换机的经验，如何能在最短的时间内判断出网络故障是评价网络自诊断功能是否强大的一个非常重要的指标。
2、系统具有的强大功能和防干扰措施：
SIEMENS S7系列的控制系统功能更为强大，扫描速度更快，可以进行更为复杂的控制，同时支持多种通讯协议，兼容性好；台湾研华工控机是一种非常稳定耐用的工控机，其优越的系统性能、灵活的扩展性及特殊的监控功能使其普遍适用于各种工业场合，特别适用于那些对功能和操作可靠性有严格要求的场合；采用光缆作为通讯介质的以太网通讯具有通讯速率高（可达100Mbps）、传输距离超长、抗干扰能力强、误码率低等优点。
3、梯形图编程结构：
原PLC程序采用件则为基于DOS平台的STEP5，编程界面不友好，掌握困难。改造后控制程序通过使用西门子公司专用的编程软件STEP7，并采用LAD、CSF、STL三种灵活的方式编制而成。整套控制程序采用模块化/结构化编程方法：控制程序分为若干控制部分，每一部分的控制程序及数据分别编制在不同的FC、FB以及DB程序块中，并由主程序OB1在每次扫描周期中依次调用来实现各自的控制功能；此外，在每一个程序块中，加以详细的注释以进行说明。这种编程方法使得程序的查阅、功能的扩充及修改变得更加容易，大大增强了程序的灵活性、可读性、实用性和维护性。
六、结束语
根据该系统改造投运来的实际效果看，该自动控制系统设计合理，控制先进，功能丰富，运行安全稳定可靠，很好地完成了热装热送控制，确保了生产的顺行，取得了极好的经济效益。该自控系统具有一定的自扩展、自学习功能，在本行业及其它相关行业具有很高的推广价值。
此外，该系统进行重新开发后改善了操作人员的工作环境，如轧钢厂热送站辊道控制实现了直送和剔坯的自动化，明显降低了操作人员的劳动强度，具有十分积极的社会意义。