1、莱钢中型型钢生产线的工艺流程摘要 简要介绍莱钢中型型钢生产线的工艺流程，重点描述型钢轧机过程控制计算机硬件和软件系统的构成、特性和作用。该系统功能强大，投入运行后，大大提高了生产效率，能完全满足生产的需要。关键词 轧机过程控制计算机系统Process control computer system for medium section mill in Laiwu Iron and Steel Co Xu Aiguo Diao Juncheng Ren Xunyi Ma Yanhong(Automation Dept, Laiwu Iron and Steel Co Laiwu 271104)
2、Abstract To introduce the technological flow of medium section mill in Laiwu Iron and Steel Company briefly and emphatically describe the constitution, characteristics and effect of hardware and software of process control computer system for the section mill. The system with powerful functions can
3、meet the needs of production and the production efficiency has been raised greatly since the system put into operation. Key words mill; process control; computer; system 莱钢中型型钢工程是莱钢利用亚行贷款进行的最大的一项改扩建工程，投资达 9 亿人民币，于 1999 年 5 月正式投入运行。该工程主体设备由日本新日铁公司提供，自动化及电气设备由日本东芝公司提供，其装备达到国际 90 年代先进水平。它主要生产 H 型钢、工字钢、
4、角钢、槽钢、矿用槽钢和矿用工字钢，是全国第 1 条连铸热送热装连轧短流程生产线，也是全国投建的 3 家较大规模 H 型钢生产厂家之一。1 工艺流程简介图 1 为莱钢中型型钢生产线的工艺流程图。图 1 莱钢中型型钢生产线的工艺流程图CCM连铸机；HB热缓冲炉；W1钢坯称重机；RHF加热炉；DS除鳞机；BD粗轧机；TC切头锯；U万能轧机；E轧边机；HS热锯；CB冷床；SS矫直机；CT编组台架；CS冷锯；IB检查台架；PB码垛；RB剔除台架；W2成品称重机；BM打捆机；SB 成品台架莱钢中型型钢生产线的加热炉为步进式加热炉，具有热装和冷装两种方式。连铸辊道炉区侧有 1 座步进式缓冲炉，用于对热钢坯的
5、暂时保温。热送或冷送的钢坯经称重和测长后进入加热炉，加热至所需的温度后开始出料，经高压水除鳞后进入二辊可逆式粗轧机，该轧机最多有15 个轧制道次。经轧制后，初步成型的轧件经切头锯切头后进入精轧机组。通常精轧机组的轧机组态为 U1U2E1U3U4E2U5，U 型轧机为预应力型可转换紧凑式万能轧机。经过精轧机组的轧制后，轧件由 1热锯分为两段。当头段经 2热锯切头后，将和尾段轧件被分别拉入冷床。冷却后的轧件经冷床输出，进入九辊悬臂式矫直机，经矫直后进入编组台架。当达到设定的编组支数后，轧件输出到冷锯辊道进行锯切。锯切后的产品进入检查台架。经检查后，合格的产品进入码垛台架，不合格的产品进入剔除台架。
6、码垛后的产品在打捆后，经称重机称重和挂上标牌，再经传送辊道和拉入小车拖入成品台架，然后由行车吊入成品库，等待外运。2 过程计算机系统的构成莱钢中型型钢自动化系统由二级计算机系统构成，即基础自动化级和过程自动化级。基础自动化级的操作站采用日本东芝公司的工控机 FA3100，操作系统为 Windows NT 40，监控软件采用美国 Intellution 公司的 FIX DMACS 软件(61 版)；PLC 系统采用东芝公司的 T3H，编程软件采用该公司的 TPDS 开发软件。过程自动化级的过程机采用日本东芝公司的 G8045，操作系统为OSV，应用程序由 C 语言开发；操作站微机采用日本东芝公司
7、的工控机 FA3100，操作系统为 WindowsNT40，监控软件采用 VB50。下面介绍莱钢中型型钢轧机过程控制计算机(Mill P/C)系统(过程自动化级)的硬件和软件系统。21 硬件系统图 2 为莱钢中型型钢轧机过程控制计算机系统的硬件系统配置图。图 2 莱钢中型型钢轧机过程控制计算机硬件系统配置图MEM内存；SCU系统控制器；ACP算术控制处理器；GBUGBUS控制单元；BIOP基本 IO 处理器；SIOPSCSIIO 处理器；LCPLAN 控制处理器；PAUN 电源控制及报警单元；CMT磁带机；FDD软盘驱动器；CCRT 控制台 CRT；HC硬拷贝打印机；OR光纤中继器；LBP激光
8、打印机；SP串行打印机；TS终端服务器；TR收发器；PP操作室；HS热锯；FCE加热炉；BD粗轧机；FM精轧机；SS型材矫直机；CS冷锯；PY成品区；ER电气室；BC商业计算机(三级)；PC过程计算机；PIO输入输出口莱钢中型型钢轧机过程控制计算机采用日本东芝公司的 G8045，它有 3 个网络通信接口，分别接在 PLC 网络上、三级计算机(商业计算机BC)的网络上和过程机自身的网络上。G8045 系统主要由 TRS1 、CPU1 、BLK1 三个机柜组成，包括CPU(中央处理器)、025(1=254cm，下同)的 CMT(磁带机)、两个 35的 FDD(软盘驱动器)、两个 15GB 且互为热
9、备的硬盘、PDU(配电器)、PS300(供电单元)和系统控制台等。CPU 单元包括 SCU(系统控制器)、GBU(G总线控制单元)、MEM(内存)、ACP(算术控制处理器)、BIOP(基本输入输出控制处理器)、PAU(电源控制及报警输出单元)。 SCU 控制 G总线以及 MEM 和连接到 G总线上的处理器(像 ACP和 BIOP)之间的数据传递。它具有交叉访问(Interleave)功能和 ECC(错误检查及修正)功能，交叉访问功能可大大提高访问 MEM 的速度；ECC功能可以检查所有的单个位(bit)和多位错误，并修正所有的单个位错误。 MEM 为 64MB，可以扩展到 512MB。MEM
10、中的数据可传送到 ACP 和G总线内。另外，四路交叉访问功能的执行可大大减少访问 MEM 的时间。 ACP 有 2 块，可以扩展到 4 块。它可以读取内存中的程序并加以执行，它使用通道(Pipeline)、高速缓存(Cache memory,256KB)、微程序控制(Microprogram control)等功能和结构，从而提高指令的执行速度。 BIOP 连接系统控制台、FDD、CMT 等标准外围设备，并控制输入和输出到 CPU 的数据。 PAU 有 2 个主要功能。电源控制功能可依次开启系统的 DC 电源，以防止上电时电流冲击；报警输出功能可对内部系统错误进行报警。PDU 为 G8045
11、各机柜内的供电单元提供 AC 电源，并具有以下检测功能：从检测器获取异常信号，并由 PAU 发出报警信号；机柜内部温度监视；DC 供电电源的温度监视。PS300 则是将 PDU 供给的 AC 电源转化为 DC 电源，并将 DC 电源(5V，12V，12V)送给 CPU 机箱和硬盘单元。系统控制台包括一个字符显示单元和硬拷贝打印机，这是使用G8045 系统所必需的。另外，它也可以作为一个人机接口来使用。过程控制级的操作站微机共有 8 台，采用日本东芝公司的工控机FA3100，为奔腾 166，32MB 内存，15GB 硬盘。操作站微机通过同轴电缆、光缆、中继器等网络设备接至过程机。网络打印机有 3
12、 台，为 EPSON LQ-2170 型，用于打印报表和产品记录。激光打印机有 2 台，为 EPSON EPL-N2000K 型，用于打印应用程序和进行人机接口画面的硬拷贝。22 软件系统莱钢中型型钢轧机过程计算机软件系统结构分为 3 层。最底层为过程计算机操作系统 OSV；在操作系统上的第 2 层安装有 TOSTEEL 软件包；第 3 层是建立在 TOSTEEL 软件包之上的应用程序。OSV 操作系统具有实时处理、批处理、分时处理、办公处理、数据处理、程序开发等功能，是一个虚拟存储型的操作系统，可支持 4 个相同类型的算术控制处理器，OSV 提供多虚拟存储技术，它是通过段页方式控制的。为了提
13、供一个有效的多任务环境，OSV 可以将带有相同工作目标的任务作为一个工作组，在工作组内，数据和资源可以共享，内部任务可以进行通信，这是由内部任务的同步控制使用事件标志(Event flag)来完成的，内部任务的通信可通过邮箱来完成。OSV 和用户之间通过命令语言交互，该命令语言使用 UNIX 框架，它是一种多功能、易操作的语言，涉及实时处理、交互处理以及批处理，从功能上讲，有程序开发、文件管理、用户环境设定、卷标管理、系统环境管理等命令语言。OSV 还提供程序开发帮助工具，像语言处理器、编辑器、链接及调试器，赋值工具，公用库等。语言处理器包括PLG、C、FORTRAN、PASCAL、COBOL
14、、LISP、PROLOG 等语言。另外，OSV 具有树结构文件管理功能，并提供串式访问方式和记录访问方式。串式访问方式用于访问非组织文件，记录访问方式用于访问组织文件，OSV 支持顺序文件、关系文件、索引文件以及循环文件，并把它们作为组织文件来处理。TOSTEEL 是一个在 OSV 控制下的软件包，主要应用于钢铁行业计算机控制系统。它主要包括过程控制子系统(区域跟踪)、人机接口子系统(消息输出)、基本过程处理子系统(任务激活)、传送子系统(过程数据传送)、过程 IO 子系统、操作管理子系统等。应用程序由 C 语言开发，按照功能可划分为 8 类，即系统组态类、通信类、跟踪类、设定类、数据采集类、
15、人机接口类、记录类、测试类。每一类又划分为几个任务程序，例如系统组态类分为用户初始化任务、内存存储任务、交班任务、方式管理任务、停机处理任务；跟踪类分为炉区跟踪任务、钢坯出料跟踪任务、轧线跟踪任务、冷床矫直机编组台架跟踪任务、冷锯跟踪任务、检查台架码垛成品台架跟踪任务等。另外，操作站微机的操作系统为 WindowsNT40，用户界面由VB50 开发，功能全面，画面清晰、逼真，操作简便。3 过程计算机系统的功能按照功能来划分，莱钢中型型钢轧机过程控制计算机系统主要有以下功能。31 数据通信莱钢中型型钢轧机过程控制计算机与其它过程机和 PLC 系统的通信是通过带有 TCPIP 协议的以太网(基于
16、IEEE8023 标准)来实现的。其主要的通信功能有：(1)接受三级计算机(商业计算机 BC)设定的产品定单数据；向BC 发送产品报告。(2)向 CCMPC(连铸过程机)发送钢坯请求信息、钢坯称重信息(用于钢坯重量修正)以及轧制线停机信息；接受 CCMPC 传送的实际钢坯信息以及连铸机停机信息。(3)向 FCEPC(加热炉过程机)发送钢坯信息、轧制线停机信息以及煤气消耗量请求信息；接受 FCEPC 传送的钢坯出炉温度以及煤气消耗量。(4)向标牌压印机发送需要压印的公用信息(例如批号、钢种、产品尺寸、产品长度、每捆的产品数量、日期、捆材序列号)以及产品的重量信息；接受标牌压印机的应答信息。(5)
17、向 PLC 发送预设数据；接受 PLC 的跟踪数据与采集数据。32 产品定单管理产品定单数据用于 MillP/C 上每一批次的产品轧制，MillP/C 可存储最多 10 个批次的数据。产品定单数据主要包括批号、钢种、钢坯尺寸、计划轧制钢坯长度、计划轧制钢坯重量、该批次中钢坯数量、产品尺寸代码、计划轧制的轧件长度、热锯分段长度(头半段和尾半段)、切头锯切头长度、热锯切头长度、用户产品长度、允许的最小产品长度、允许的最大产品长度、码垛列数、码垛层数、该批次中打捆数量、总的产品重量、角钢码垛式样。产品定单管理的主要功能有定单数据的输入、修改、调序、删除、显示以及发送定单数据给 CCMPC。产品定单数
18、据的数据流向与各功能的关系如图 3 所示。33 物料跟踪管理莱钢中型型钢轧机过程控制计算机根据实际的机械设备位置，划分了 47 个区域，用以跟踪轧制线上保持和存放的每一支钢坯、轧件或成品的物理位置，并根据其所处的位置激活相应的处理进程或任务。跟踪的目标在炉区称为“钢坯”，在粗轧机轧制后称为“轧件”，在冷锯锯切后称为“成品”。区域跟踪的过程是通过以太网从一级系统 PLC 传送的信号来实现的。34 数据预设莱钢中型型钢轧机过程控制计算机根据轧件的跟踪位置以及轧件的信息，或根据一级系统 PLC 的请求信息，来设定相应的轧制规程，比如粗轧机孔型表，精轧机孔型表，优化锯切数据，矫直机信息等等。另外还有一
19、些单个设备的设定信息。目前，在莱钢中型型钢轧机过程控制计算机内保存了 96 种规格的粗轧机孔型表和精轧机孔型表，该孔型表可扩展至 200 种规格。35 钢坯库及成品库管理为了进行坯库管理，本系统将坯库划分为 99 个区域，每一区域被称为“库地址”，并赋予一个唯一的地址名，从而管理每一库地址内的钢坯信息，在 MillP/C 内，库地址的信息包括钢坯数量、钢种、钢坯尺寸、钢坯长度(第 1 支钢坯的长度)、钢坯重量(第 1 支钢坯的重量)。具有相同的钢种、尺寸和重量的钢坯才允许放入同一地址，允许的钢坯重量误差范围为01t。成品库的管理与钢坯库的管理相类似，也是划分为 99 个地址，成品库地址的信息包
20、括捆材的数量、每捆中的产品支数、批号、钢种、产品尺寸代码、产品长度、捆材重量。具有相同的批号、钢种、产品长度、产品尺寸代码、产品支数的捆材才允许放入同一地址。36 轧辊管理MillP/C 管理粗轧机和精轧机所有轧辊的信息，主要管理：(1)轧辊间轧辊存放位置。(2)轧辊信息，包括轧辊号、轧辊种类、存放位置、轧辊状态、孔型数、辊径、垫片厚度、轧制数量、产品尺寸代码。(3)轧辊信息的维护管理(包括轧辊信息的输入、修改、删除、显示以及轧辊修整后的登记)。(4)换辊操作。莱钢中型型钢轧机过程控制计算机管理 4 种 U 轧机轧辊的状态，包括“轧辊间轧辊架内”、“下次备用”、“备用”、“当前(或在线)”。对
21、粗轧机轧辊来说，则有 3 种轧辊状态(除了“下次备用”轧辊状态)。轧辊状态意味着每一轧辊的当前位置。另外，该系统还有数据采集、人机接口以及报表等功能。4 实际运行结果莱钢中型型钢轧机过程控制计算机(MillP/C)系统是莱钢投建使用的第 1 套过程级系统，该系统功能强大完善。当品种或规格发生变化时，可以给出相对应的轧制规程；精确的数据设定还可以改善轧件的尺寸精度，改善基础自动化的某些环节；尤其在过程机中积累了大量的轧制工艺数据，为新产品开发、工艺改进提供了有利的参考。此外，该系统界面友好、维护方便，自投入以来未发生任何故障，能完全满足生产的需要。(编辑 魏衡江)胥爱国 男 1972 年生工程师主要从事计算机及自动化领域的研究和开发工作。作者单位：胥爱国(莱芜钢铁集团有限公司自动化部 莱芜 271104)刁君成(莱芜钢铁集团有限公司自动化部 莱芜 271104)任勋益(莱芜钢铁集团有限公司自动化部 莱芜 271104)马艳红(莱芜钢铁集团有限公司自动化部 莱芜 271104)参考文献1，薛兴昌轧制过程自动化钢铁工业自动化技术应用实践北京：电子工业出版社，19954144
