淺析PLC在板坯連鑄機自動化控制系統中的應用

李 政

武鋼集團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業的不斷發展，其對自動化控制的水平也在相應的提高。企業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的效率，提高生產的自動化水平成為了潛在的需求。在現今鋼鐵行業中的一級自動化控制系統之中，可以采用的可編程控制器品牌相當多，例如：西門子S7系列、施奈德系列、東芝GE系列以及AB系列等，其中每一個公司的PLC都具有各自不同的特點及特性。下面以西門子S7系列的可編程控制器為例，對PLC在板坯連鑄機控制系統中的應用進行了一定的論述。

1 板坯連鑄機的工藝流程

在轉爐中產生的合格鋼水首先裝在一個鋼包之中，然后經過天車將鋼包調至回轉臺之上。然后開啟回轉臺，將鋼包旋轉至澆鑄位的中間罐車的上方，待滑動水口安裝之后，經過稱重及測溫操作，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，對鋼水進行分流與凈化，它是鋼水進入結晶容器的最后一個冶金反應器。待中間罐中的鋼水液面達到一定的高度之后，將塞棒打開，將其中的鋼水注入結晶容器之中。其中，結晶器是鋼水凝固成型的關鍵設備，因此其出口必須具有足夠且均勻的坯殼厚度，確保不會出現拉漏現象。在結晶器中的鋼水液面距其上口大概80mm～l00mm的時候，將拉矯機及結晶器振動機構啟動，同時開啟二冷噴水閥與結晶器稀油潤滑裝置。起步拉速可以設為0.3m/min左右，在保持30s時間以后再緩慢的提高速度，經過1min后可以達到正常拉速的一半，2min后達到正常拉速的90%，之后再根據中間罐的鋼水溫度來設定拉速。當拉矯機啟動之后，引錠桿將隨鑄坯同時拉出扇形段，同時對引錠桿的頭部進行實時的跟蹤，控制驅動輥的壓下與抬起，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。待鑄坯達到設定的基本尺寸之后，采用火焰切割機對之進行定尺切割，然后再將之輸出到輥道，最終將之運送到指定的存放區域。

2 總體控制要求及功能

板坯連鑄機自動化控制的總體要求是針對于整個連鑄機的生產過程而言，尤其是對送引錠過程及澆注過程中的二冷水配水過程進行自動控制與調節，在確保整個生產過程實現高度自動化的同時，盡可能的提高鑄坯的表面質量。當中央控制室發出相應的上傳指令后，還能夠將整個生產線上的實時數據及相關的工藝參數，諸如水量、水溫以及電流等上傳到公司的中控室中，具體的實現功能如下。

2.1 控制操作功能

在中央控制室即可以對諸如設備的停起，模擬輸出量的調節，實時的對PLC的相關參數設置等進行實時操控，同時還提供有機旁控制操作，當需要對設備進行維修時能就地進行控制。

2.2 顯示功能

通過形象的畫面對生產現場的各個設備的運行進行實時的顯示，并以數據的形式反映出來。

2.3 數據管理

在生產的過程中要數據的重要程度以及變化的快慢程度，建立其生產過程的數據庫，通過對生產數據的存儲來給以后可能的統計分析提供依據。例如為了精確的完成對澆注過程中中間罐、結晶器的使用跟蹤與記錄，盡快的讓操作人員熟悉設備的使用情況，可以根據歷史數據進行比較和分析，得到相關的精確結果。

2.4 報警功能

當生產線中的某一個模擬量值超出設定的限度后，限位開關或者壓力開關將發生動作，之后根據不同的情況發出不同等級的警報。

3 系統的基本構成

由于扳坯連鑄機的工作線較長，大部分的設備分布局部比較集中，一般采用PROFIBUS現場總線技術。有效的避免了要將所有的電纜敷設到中央控制室的PLC上，減少了施工工作量。在本系統中，控制系統一共設立3個主站，8個遠程站，3個工作站，選用SIMATIC S7-400系列的PLC。主站采用CPU416-2DP。而遠程站所采用的為西門子ET20014系列模塊，完成整個現場數據的采集與控制。

整個控制系統分為3個級別：現場級（L1）、控制級（L2）、管理級（L3）。

3.1 管理級

管理級即從生產定單開始，主要包括生產合同的處理，相關控制參數的設計，各操作工序的計劃、監控等，將作業計劃從煉鋼、連鑄、熱軋及冷軋的設置，直到完成商品的整個調度與控制。管理級在計算機管理與控制一體化系統間起到承上啟下的作用，面向的是整個過程的生產、經營活動，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量、增加金屬的利用率、確保安全生產，需要設置板坯連鑄機計算機系統，也就是過程控制系統。它的功能不僅在于對整個連鑄生產進行綜合監控及管理，同時還作為三級管理計算機系統與基層管理系統的紐帶，起到基礎性作用。

3.3 現場級

在現場的設置過程中，采用就近采集及單元控制作為劃分區域的基本原則。其中，需要在主電氣室中設置三個公用PLCl、鑄流PLC2經濟儀表PLC3。在大包澆注平臺上設置0S5遠程站，在澆注平臺上設置0S1、LC007、LC0083個遠程站，而在液壓站需設置LC035、VTl遠程站，在配水室的外墻壁設置LC020遠程站，在切割操作室中設置0S3遠程站。在現場主站及遠程站兩者之間需采用PROFIBUS現場總線通訊的方式。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的信號模塊SM與FM組成。對于遠程站則主要采用ET200M系列遠程控制單元，它主要是由IMl53-2接口模塊以及若干數字量及模擬量信號模板構成的。

[1]劉松.SIEMENS系列PLC在板坯連鑄機自動化控制系統中的應用[D].第八屆全國連鑄學術會議論文集，2007.

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