企業(yè)自動化發(fā)展論文

1、漢鋼工業(yè)自動化的改革趨勢和方向陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司檢修中心 馬王君 趙航 劉星佑摘要；漢鋼公司自動化控制技術(shù)是采用多方面PLC硬件技術(shù)，有德國西門子、美國羅克韋爾、日本三菱等，其中編程方式有LAD、語句表、C語言、VB、SCL語言等。同時采用西門子WINCC、組態(tài)王等工業(yè)監(jiān)視軟件實施監(jiān)控和管理，漢鋼公司投產(chǎn)4年來自控系統(tǒng)一直已穩(wěn)定、高效、快速的理念維持著漢鋼的運行，但隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展，PLC在工業(yè)上也會產(chǎn)生一次重要的革命。關(guān)鍵詞無線智能模塊 數(shù)據(jù)采集 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 手機(jī)監(jiān)控 互聯(lián)網(wǎng)+ 工業(yè)4.0一、 前言PLC是一種工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，它將計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)

2、溶為一體，成為實現(xiàn)單機(jī)、車間、工廠自動化的核心裝備，具有可靠性、抗干擾性強(qiáng)、組合靈活、編程簡單、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點。隨著技術(shù)的進(jìn)步，其控制功能由簡單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復(fù)雜的連續(xù)控制和過程控制，成為自動化領(lǐng)域的技術(shù)支柱。其主要應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域有：順序控制、過程控制、位置控制、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、綜合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等。 世界上公認(rèn)的PLC是在1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司研制，由此之前，工業(yè)控制設(shè)備的主要產(chǎn)品是以繼電器、接觸器為主體的控制裝備。在20世界中后期這種繼電器控制裝備應(yīng)用較為廣泛，但隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，使用繼電器電路構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)的缺陷不斷地暴露出來。二. 目前我公司PL

3、C設(shè)備運用情況： 1、漢鋼公司燒結(jié)廠由4臺西門子400PLC和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)對接入環(huán)網(wǎng)所有設(shè)備控制信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和控制，構(gòu)成管理層網(wǎng)絡(luò)?？刂葡到y(tǒng)采用STEP7.V5.5編程軟件完成燒結(jié)工藝過程及設(shè)備順序控制及邏輯控制，運用軟件的通訊功能實現(xiàn)四臺CPU數(shù)據(jù)讀寫,并解決控制系統(tǒng)中不同廠商設(shè)備的兼容和互操作等問題；利用STEP7軟件實現(xiàn)對控制程序的在線上傳和下載。通過組態(tài)軟件將所有受控設(shè)備按工藝流程顯示與中控畫面上，其中包括各下料倉瞬時流量，流量累計量，各料倉料位顯示，頻率反饋，流量偏差等參數(shù)顯示以及控制值、料線、聯(lián)鎖方式的設(shè)定并利WINCC控件的動態(tài)功能實現(xiàn)工藝設(shè)備狀態(tài)的動

4、態(tài)化，其中包括各下料倉瞬時流量，流量累計量，各料倉料位顯示，頻率反饋，流量偏差等參數(shù)顯示以及控制值、料線、聯(lián)鎖方式的設(shè)定并利WINCC控件的動態(tài)功能實現(xiàn)工藝設(shè)備狀態(tài)的動態(tài)化；運用組態(tài)軟件的報警功能實現(xiàn)料倉斷料報警，料位高低報警，圓盤下料偏差報警功能，報警信息由計算機(jī)發(fā)出通過放大設(shè)備及通訊電纜傳至配料現(xiàn)場，使現(xiàn)場人員及時了解故障信息，提高故障處理響應(yīng)速度，減少了生產(chǎn)停機(jī)率；并運用軟件變量歸檔功能實現(xiàn)操作記錄、實時數(shù)據(jù)的長期歸檔和調(diào)用，系統(tǒng)對操作人員選倉換、倉，及變料等操作都進(jìn)行了記錄，主要是操作時間及生產(chǎn)數(shù)值，便于管理者及時了解和監(jiān)督生產(chǎn)過程。提高了生產(chǎn)管理的自動化和信息化水平。2、漢鋼公司煉鐵

5、廠高爐是無料種上料系統(tǒng)，其中高爐運用了西門子最新產(chǎn)品冗余PLC400站，能有效的防治PLC硬件故障引起的高爐停產(chǎn)。熱風(fēng)爐、噴煤、水泵房、上料、高爐本體、原料每個區(qū)域都是由多模光纖形成的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。PLC和上位機(jī)通過CP1613網(wǎng)卡進(jìn)行連接，其中上位機(jī)有2臺服務(wù)器，而服務(wù)器和子上位機(jī)都位于高爐主控進(jìn)行集中控制。煉鐵廠后面通過自動化技術(shù)引進(jìn)高爐專家系統(tǒng)，包括布料模型、爐型管理模型、爐況診斷模型、爐溫預(yù)報模型、爐缸、爐底的侵蝕模型、冶金數(shù)學(xué)模型、煤氣流分析模型、冶金數(shù)學(xué)模型的內(nèi)容主要包有：高爐的配料、高爐理論燃燒溫度、鼓風(fēng)動能、爐熱指數(shù)、高爐操作線、熱損失、氧過剩系數(shù)等，通過觀察各個參數(shù)及對各個參數(shù)的

6、改變情況，觀察高爐工作狀態(tài)是否正常。高爐專家系統(tǒng)的目標(biāo)是為了實現(xiàn)高爐生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鐵、高效率、低能耗、長壽命、安全環(huán)保的生產(chǎn)過程。分析高爐狀態(tài)及該狀態(tài)的原因，并建議最佳的操作措施。3、漢鋼公司煉鋼系統(tǒng)中PLC選用羅克韋爾1756系列控制系統(tǒng)可編程控制器,其執(zhí)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)。整個自動化系統(tǒng)分成基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（PLC系統(tǒng)、一級）和過程自動化系統(tǒng)（上位機(jī)、二級）兩級，系統(tǒng)采用羅克韋爾1756系列控制系統(tǒng)及FactoryTalk View SE人機(jī)界面軟件，可利用其網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)整個自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。畫面操作簡便實用，可最大限度地方便操作人員的操作。遠(yuǎn)程控制終端體現(xiàn)了分散控制、集中管理的控制模式，最大

7、限度地降低現(xiàn)場線纜的用量，可減小設(shè)備的投資，也方便維護(hù)人員的維護(hù)，使整個生產(chǎn)線提高生產(chǎn)效率?；A(chǔ)自動化由轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)，上料系統(tǒng)，汽化冷卻系統(tǒng)，一次除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，二次除塵系統(tǒng)組成。通過Ethernet連接，達(dá)到資源共享, 快速交換數(shù)據(jù)的控制目的。各系統(tǒng)都配有DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通訊接口，通過通訊連接控制各區(qū)域相關(guān)的電氣傳動設(shè)備（傾動旋轉(zhuǎn)、氧槍升降），實現(xiàn)快速傳遞數(shù)據(jù)準(zhǔn)確控制。煉鋼廠目前正在使用的副槍系統(tǒng)能利用副槍可以測量熔池中的鋼水液面高度，通過TSC探頭可以測得鋼水中的含碳量；利用TSO探頭可以測量出吹煉終點的含氧量。副槍在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)中的轉(zhuǎn)爐控制方式，使轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的連續(xù)性、高

8、效性增強(qiáng)。減少了倒?fàn)t次數(shù)，縮短了冶煉周期，提高轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能。根據(jù)TSC和TSO探頭的測量數(shù)據(jù)，優(yōu)化了轉(zhuǎn)爐的供氧和造渣，使操作穩(wěn)定性加強(qiáng)，減少噴濺。通過對鋼水液面的測量來指導(dǎo)吹煉時槍位的控制降低對爐襯磚的侵蝕，提高轉(zhuǎn)爐的使用壽命。后期的自動化煉鋼技術(shù)的概念是通過建立數(shù)據(jù)模型，利用現(xiàn)場的測量儀器、儀表的檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)以熱平衡和化學(xué)平衡為基礎(chǔ)得到的靜態(tài)模型來計算初始的裝料量、氧流量、氧槍高度等，然后在吹煉過程中， 根據(jù)副槍檢測到的信息修改控制策略，達(dá)到對轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的自動控制。4、漢鋼公司自動化主要的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)第一層通訊網(wǎng)絡(luò)操作室主機(jī)與PLC之間采用PROFIBUS現(xiàn)場總通訊協(xié)議構(gòu)成現(xiàn)場總線

9、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)彼此的信息交換。通過網(wǎng)絡(luò)把高爐系統(tǒng)的工藝參數(shù)設(shè)定值和對電氣設(shè)備的操作從人機(jī)接口傳送到PLC，把各個設(shè)備的狀態(tài)和工藝、電氣參數(shù)及故障由PLC收集送到人機(jī)接口顯示。PROFIBUS是一種國際性的開放式現(xiàn)場中線標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS可使分散數(shù)字化控制器從現(xiàn)場的底層到車間級網(wǎng)絡(luò)化。PROFIBUS采用RS485傳輸方式，RS485是PROFIBUS最常用的一種傳輸方式?？刂葡到y(tǒng)第二層通訊網(wǎng)絡(luò)操作室主機(jī)、調(diào)度室和值班室的工控機(jī)之間采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議互相連接成Ether NET網(wǎng)，Ether NET網(wǎng)是IEEE802.3所支持的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織

10、開放系統(tǒng)互連參考模型的7層結(jié)構(gòu)，Ether NET網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)只定義了鏈路層和物理層，作為一個完整的通訊系統(tǒng)，它需要高層協(xié)議的支持。APARNT在制定了TCP/IP高層通訊協(xié)議并把Ether NET網(wǎng)作為其數(shù)據(jù)鏈路和物理層的協(xié)議之后，Ether NET網(wǎng)便和TCP/IP緊密的捆綁在一起了。以后，由于國際互聯(lián)網(wǎng)采用了Ether NET網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議，人們甚至把超文本連接HTTP等與TCP/IP協(xié)議組放在一起，俗稱為Ether NET網(wǎng)技術(shù)。二、 企業(yè)自動化改進(jìn)發(fā)展的必要性。1、目前、我公司生產(chǎn)現(xiàn)場的各種計量數(shù)據(jù)，配料數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)等大多采用PLC

11、來處理，數(shù)據(jù)結(jié)果由PLC自動生成報表或者由人工摘錄數(shù)據(jù)；無論使用哪種方法、在數(shù)據(jù)采集的過程中都會存在數(shù)據(jù)傳遞不及時的問題，其次、由于HIM系統(tǒng)精確度的原因，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)一定數(shù)值后就會溢出，因此崗位人員必須按班次對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，避免因數(shù)據(jù)溢出而導(dǎo)致采集錯誤。另一方面、人為的數(shù)據(jù)抄錄也存在數(shù)據(jù)抄錯的風(fēng)險。因此、采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析方法已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)自動化的發(fā)展趨勢了。2、可靠性低。復(fù)雜的系統(tǒng)使用了成千上百個各式各樣的繼電器，成千上萬根導(dǎo)線連接，只要其中一根繼電器失效或者一根導(dǎo)線連接故障，系統(tǒng)就不能正常工作，大大的降低了控制系統(tǒng)的可靠性。3、系統(tǒng)的維護(hù)和改造十分的困難。由于系統(tǒng)復(fù)雜，雖然有

12、控制系統(tǒng)的接線圖，但是為了找到故障的所在原因也只能一項一項的進(jìn)行排查，是的設(shè)備維護(hù)困難，如果進(jìn)行控制改造，改變繼電器控制系統(tǒng)接線將進(jìn)一步使工作量大大的增加。4、繼電器控制電路設(shè)計周期長，功能有限，復(fù)雜繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計時大多采用經(jīng)驗設(shè)計的方法，在設(shè)計中要盡量減少中間繼電器的數(shù)目來減少系統(tǒng)的成本和功耗，系統(tǒng)設(shè)計出來以后要制作模型進(jìn)行控制系統(tǒng)的調(diào)試，經(jīng)多次調(diào)試通過后才能交付用戶或者公司使用，而且在繼電器控制系統(tǒng)中的準(zhǔn)確定時、高速計數(shù)和模擬采集等問題都不易解決。所及繼電器控制電路一點點地被取代，接替他的是PLC智能模塊。三，工業(yè)自動化發(fā)展方向，漢鋼公司楊海峰董事長會議上明確提出互聯(lián)網(wǎng)+和工業(yè)4.0在

13、鋼鐵領(lǐng)域的發(fā)展，結(jié)合漢鋼公司楊海峰董事長的路線和方針，對后面工業(yè)自動化的發(fā)展提出以下幾個方向：1、現(xiàn)場設(shè)備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)上網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)支持和手機(jī)式客戶平臺?，F(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)的軟件模塊系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集軟件、數(shù)據(jù)庫軟件和Web發(fā)布軟件及通訊接口軟件等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以與企業(yè)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫建立接口，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開放，用戶可以方便地在該數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)共享及二次功能開發(fā)，如報表、統(tǒng)計、查詢、篩選、打印等，以滿足企業(yè)生產(chǎn)的使用要求。同時在硬件設(shè)置設(shè)定預(yù)診斷功能、預(yù)處理功能，當(dāng)設(shè)備事故出現(xiàn)狀況或還未出現(xiàn)狀況時，總端進(jìn)行報警并進(jìn)行建議處理方法，同時把數(shù)據(jù)和結(jié)果直接上傳在服務(wù)器電腦上。中心網(wǎng)絡(luò)采用Client

14、-Server 模式構(gòu)造，中心服務(wù)器完成對下位設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，并將數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中。中心服務(wù)器可以出現(xiàn)在企業(yè)局域網(wǎng)的任何一個結(jié)點（控制中心、計算機(jī)中心或其他位置） ；Client 端軟件安裝于公司調(diào)度室，經(jīng)信息部門授權(quán)可以對中心服務(wù)器進(jìn)行管理、修改、數(shù)據(jù)采集設(shè)置或報表打印操作。中心服務(wù)器通過和外部互聯(lián)網(wǎng)+進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，并且把數(shù)據(jù)傳送到手機(jī)客戶端平臺，進(jìn)行手機(jī)隨時監(jiān)控，授權(quán)部分人員可以操作，避免了因人工無法及時到達(dá)現(xiàn)場而影響了生產(chǎn)，也避免了因人為誤報、隱報的現(xiàn)象發(fā)生，迎合了工業(yè)4.0的發(fā)展。 2、模塊化一體式的發(fā)展。 接觸器、繼電器一直以來是電氣自動化故障的多發(fā)生點，以后發(fā)展可以采用一體化的模塊來代替接觸器和繼電器，使用點對點直接上模塊的控制，模塊采用最新無線接收系統(tǒng)。 無線智能數(shù)字模塊直接代替繼電器的使用。 無線智能變頻器模塊代替舊式變頻器和接觸器。 使用命名頻率來區(qū)分相