淺析PLC在板坯連鑄機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

李 政

武鋼集團(tuán)昆明鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，云南 昆明 650302

隨著我國板坯連鑄產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，其對自動(dòng)化控制的水平也在相應(yīng)的提高。企業(yè)要想在日趨激烈的市場競爭中占有一席之地，只有努力提高自身生產(chǎn)的效率，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平成為了潛在的需求。在現(xiàn)今鋼鐵行業(yè)中的一級自動(dòng)化控制系統(tǒng)之中，可以采用的可編程控制器品牌相當(dāng)多，例如：西門子S7系列、施奈德系列、東芝GE系列以及AB系列等，其中每一個(gè)公司的PLC都具有各自不同的特點(diǎn)及特性。下面以西門子S7系列的可編程控制器為例，對PLC在板坯連鑄機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的論述。

1 板坯連鑄機(jī)的工藝流程

在轉(zhuǎn)爐中產(chǎn)生的合格鋼水首先裝在一個(gè)鋼包之中，然后經(jīng)過天車將鋼包調(diào)至回轉(zhuǎn)臺之上。然后開啟回轉(zhuǎn)臺，將鋼包旋轉(zhuǎn)至澆鑄位的中間罐車的上方，待滑動(dòng)水口安裝之后，經(jīng)過稱重及測溫操作，將鋼包打開，鋼水注入中間的罐車之中。通過中間罐可以有效的降低鋼水的靜壓力，對鋼水進(jìn)行分流與凈化，它是鋼水進(jìn)入結(jié)晶容器的最后一個(gè)冶金反應(yīng)器。待中間罐中的鋼水液面達(dá)到一定的高度之后，將塞棒打開，將其中的鋼水注入結(jié)晶容器之中。其中，結(jié)晶器是鋼水凝固成型的關(guān)鍵設(shè)備，因此其出口必須具有足夠且均勻的坯殼厚度，確保不會出現(xiàn)拉漏現(xiàn)象。在結(jié)晶器中的鋼水液面距其上口大概80mm～l00mm的時(shí)候，將拉矯機(jī)及結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)，同時(shí)開啟二冷噴水閥與結(jié)晶器稀油潤滑裝置。起步拉速可以設(shè)為0.3m/min左右，在保持30s時(shí)間以后再緩慢的提高速度，經(jīng)過1min后可以達(dá)到正常拉速的一半，2min后達(dá)到正常拉速的90%，之后再根據(jù)中間罐的鋼水溫度來設(shè)定拉速。當(dāng)拉矯機(jī)啟動(dòng)之后，引錠桿將隨鑄坯同時(shí)拉出扇形段，同時(shí)對引錠桿的頭部進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤，控制驅(qū)動(dòng)輥的壓下與抬起，確保鑄坯與引錠桿相配合，順利的拉出扇形段。當(dāng)引錠桿與鑄坯相互分離之后，再通過輥道將鑄坯輸送到存放臺架之上。待鑄坯達(dá)到設(shè)定的基本尺寸之后，采用火焰切割機(jī)對之進(jìn)行定尺切割，然后再將之輸出到輥道，最終將之運(yùn)送到指定的存放區(qū)域。

2 總體控制要求及功能

板坯連鑄機(jī)自動(dòng)化控制的總體要求是針對于整個(gè)連鑄機(jī)的生產(chǎn)過程而言，尤其是對送引錠過程及澆注過程中的二冷水配水過程進(jìn)行自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)，在確保整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的同時(shí)，盡可能的提高鑄坯的表面質(zhì)量。當(dāng)中央控制室發(fā)出相應(yīng)的上傳指令后，還能夠?qū)⒄麄€(gè)生產(chǎn)線上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及相關(guān)的工藝參數(shù)，諸如水量、水溫以及電流等上傳到公司的中控室中，具體的實(shí)現(xiàn)功能如下。

2.1 控制操作功能

在中央控制室即可以對諸如設(shè)備的停起，模擬輸出量的調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)的對PLC的相關(guān)參數(shù)設(shè)置等進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，同時(shí)還提供有機(jī)旁控制操作，當(dāng)需要對設(shè)備進(jìn)行維修時(shí)能就地進(jìn)行控制。

2.2 顯示功能

通過形象的畫面對生產(chǎn)現(xiàn)場的各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，并以數(shù)據(jù)的形式反映出來。

2.3 數(shù)據(jù)管理

在生產(chǎn)的過程中要數(shù)據(jù)的重要程度以及變化的快慢程度，建立其生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)庫，通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲來給以后可能的統(tǒng)計(jì)分析提供依據(jù)。例如為了精確的完成對澆注過程中中間罐、結(jié)晶器的使用跟蹤與記錄，盡快的讓操作人員熟悉設(shè)備的使用情況，可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，得到相關(guān)的精確結(jié)果。

2.4 報(bào)警功能

當(dāng)生產(chǎn)線中的某一個(gè)模擬量值超出設(shè)定的限度后，限位開關(guān)或者壓力開關(guān)將發(fā)生動(dòng)作，之后根據(jù)不同的情況發(fā)出不同等級的警報(bào)。

3 系統(tǒng)的基本構(gòu)成

由于扳坯連鑄機(jī)的工作線較長，大部分的設(shè)備分布局部比較集中，一般采用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)。有效的避免了要將所有的電纜敷設(shè)到中央控制室的PLC上，減少了施工工作量。在本系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)一共設(shè)立3個(gè)主站，8個(gè)遠(yuǎn)程站，3個(gè)工作站，選用SIMATIC S7-400系列的PLC。主站采用CPU416-2DP。而遠(yuǎn)程站所采用的為西門子ET20014系列模塊，完成整個(gè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與控制。

整個(gè)控制系統(tǒng)分為3個(gè)級別：現(xiàn)場級（L1）、控制級（L2）、管理級（L3）。

3.1 管理級

管理級即從生產(chǎn)定單開始，主要包括生產(chǎn)合同的處理，相關(guān)控制參數(shù)的設(shè)計(jì)，各操作工序的計(jì)劃、監(jiān)控等，將作業(yè)計(jì)劃從煉鋼、連鑄、熱軋及冷軋的設(shè)置，直到完成商品的整個(gè)調(diào)度與控制。管理級在計(jì)算機(jī)管理與控制一體化系統(tǒng)間起到承上啟下的作用，面向的是整個(gè)過程的生產(chǎn)、經(jīng)營活動(dòng)，起到的是橋梁與紐帶的作用。

3.2 控制級

為了有效的提高板坯的質(zhì)量、增加金屬的利用率、確保安全生產(chǎn)，需要設(shè)置板坯連鑄機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也就是過程控制系統(tǒng)。它的功能不僅在于對整個(gè)連鑄生產(chǎn)進(jìn)行綜合監(jiān)控及管理，同時(shí)還作為三級管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與基層管理系統(tǒng)的紐帶，起到基礎(chǔ)性作用。

3.3 現(xiàn)場級

在現(xiàn)場的設(shè)置過程中，采用就近采集及單元控制作為劃分區(qū)域的基本原則。其中，需要在主電氣室中設(shè)置三個(gè)公用PLCl、鑄流PLC2經(jīng)濟(jì)儀表PLC3。在大包澆注平臺上設(shè)置0S5遠(yuǎn)程站，在澆注平臺上設(shè)置0S1、LC007、LC0083個(gè)遠(yuǎn)程站，而在液壓站需設(shè)置LC035、VTl遠(yuǎn)程站，在配水室的外墻壁設(shè)置LC020遠(yuǎn)程站，在切割操作室中設(shè)置0S3遠(yuǎn)程站。在現(xiàn)場主站及遠(yuǎn)程站兩者之間需采用PROFIBUS現(xiàn)場總線通訊的方式。主站的PLC主要由電源模塊PS407、CP443-2、CPU416-2DP，通訊接口模塊以及相應(yīng)的信號模塊SM與FM組成。對于遠(yuǎn)程站則主要采用ET200M系列遠(yuǎn)程控制單元，它主要是由IMl53-2接口模塊以及若干數(shù)字量及模擬量信號模板構(gòu)成的。

[1]劉松.SIEMENS系列PLC在板坯連鑄機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].第八屆全國連鑄學(xué)術(shù)會議論文集，2007.

[2]白建輝.西門子PLC在板坯連鑄機(jī)的應(yīng)用[J].河北冶金，2009(4).