淺談PLC在連鑄機的應用與改進

張宏宇

（唐鋼唐銀鋼鐵公司鋼軋部，河北 唐山 063021）

0 前言

隨著自動化技術的不斷發(fā)展，其在連鑄機的應用也得到了很大進步。唐山鋼鐵鋼唐銀公司小方坯連鑄機采用的是全弧形，R8m半徑，連續(xù)矯直、鑄坯全水冷卻及900mm長結晶器。本文唐山鋼鐵唐銀公司八機八流小方坯連鑄機自動化控制方面的應用以及生產(chǎn)過程中遇到的問題及改進。

1 自動控制系統(tǒng)的組成

唐山鋼鐵唐銀公司八機八流小方坯連鑄機自動控制系統(tǒng)，采用了先進的“基礎自動化和過程兩個階段的計算機集成控制結構，構成一套完整的功能集成控制系統(tǒng)。電氣儀表一體化設計采用基礎自動化系統(tǒng)，主要由監(jiān)控操作站，過程控制和PLC通信總線等。一操室是用兩臺工業(yè)控制電腦，用來互為備機，一個用來顯示1-4流，另外用來顯示5-8流，方便操作人員的操作和監(jiān)控。

整個控制系統(tǒng)使用1個SIEMENS S7 315-2DP的CPU作為公共PLC，其余各流分別采用一個S7 315-2DP的PLC，這8臺PLC用來采集生產(chǎn)過程的溫度、壓力、流量、電流等過程參數(shù)，以及各個邏輯數(shù)字信號，通過編程器，編成梯形圖和語句表，下載到CPU的RAM中去，然后再經(jīng)過Profibus-DP網(wǎng)絡傳送到各個驅(qū)動變頻器中去。

連鑄機周圍也使用了很多的不同類型的傳感器，比如：光電開關、接近開關，北京中遠通的非接觸式定尺控制系統(tǒng)，所有信號都傳送到各流的PLC集中控制，主操室還設有2臺液晶操作電腦，應用軟件為SIEMENS公司的Wincc系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 橋梁模式結構圖

2 控制系統(tǒng)功能

2.1 大包回轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)

大包回轉(zhuǎn)臺位于大包回轉(zhuǎn)臺操作箱所在的的平臺上，所有的輸入信號都通過控制電纜接到的PLC模塊的公共部分，模塊通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡連接到鋼包回轉(zhuǎn)臺變頻器，從而實現(xiàn)控制鋼包回轉(zhuǎn)臺的目的。按下回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)按鈕，回轉(zhuǎn)臺電機慢速啟動，編碼器計數(shù)送入PLC的控制一定的加速過程后全速回轉(zhuǎn)，全速回轉(zhuǎn)后減速到停止；鋼包回轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)一圈，行程開關LS021和LS022用于編碼器清零。同時位置可由1#臂、2#臂接收位置行程開關LS021、1#臂、2#臂澆鑄位置行程開關LS022判定，設置其位置顯示燈。

2.2 二冷水系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)控制

小方坯的二冷水分配是最重要的環(huán)節(jié)的，生產(chǎn)不同斷面的鋼坯對應不一樣的二冷水水量，否則會直接影響鑄坯的生產(chǎn)質(zhì)量，唐銀連鑄機在每個流的PLC程序內(nèi)分別編制了二冷水的0段、1段、2段的PID自動閉環(huán)控制來控制調(diào)節(jié)閥的開度，從而實現(xiàn)自動配水，并在Wincc畫面上對應各個分區(qū)分別設有自動、手動2種配水控制方式按鈕，在自動的情況下，二冷水流量自動通過設置好的配方，通過通信數(shù)據(jù)塊傳給各流的PLC，由PLC輸出4-20mA信號來驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥的開度，從而實現(xiàn)水流量的控制。手動調(diào)節(jié)，操作員直接在畫面上調(diào)節(jié)閥門的0-100的開度即可。

2.3 二冷水配方選擇功能

在二冷水打到自動運行的情況下，流量的配方的選擇通過WINCC畫面編輯好的配方，下載到各流的PLC來實現(xiàn)的。在wincc儀表檢測流程圖上點擊“選擇斷面”按鈕，將彈出斷面選擇框，有165×165、165×225、165×280的按鈕，直接選擇即可。在選擇斷面按鈕下方，還有一個“配方選擇”，這里提供了，所選斷面的配水數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)就是通過畫面，再通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送到PLC中去的，從而實現(xiàn)對二冷水配水的控制。

2.4 振動、拉矯自動控制系統(tǒng)

拉坯的速度的設定是用澆鋼箱上面的的一個4.7K歐姆電位器來調(diào)節(jié)的，通過電位器產(chǎn)生的電壓0-10V，再經(jīng)過電流隔離器，轉(zhuǎn)變成標準的4-20mA信號輸送到PLC模擬量輸入模塊中去，PLC根據(jù)送入模擬量信號的大小再經(jīng)過Profibus-DP通訊來控制變頻器拉輸出不同的頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)控制拉速的目的。振動系統(tǒng)通過公式F＝AV+B，V為拉矯機的拉速，PLC通過計算這個公式，來控制振動變頻器的頻率，變頻器再輸出不同頻率來控制振動電機，從而實現(xiàn)拉速和振動參數(shù)的匹配。

2.5 火切機切割系統(tǒng)

當鋼坯從拉矯機出來以后，需要切割成不同的定尺長度，唐鋼唐銀公司才用的是紅外攝像定尺切割系統(tǒng)，他通過專用的紅外攝像頭，對熱坯子的成像原理，通過該系統(tǒng)的控制器發(fā)出切割信號，從而傳遞到各流的PLC數(shù)字量輸入模塊中，在通過在PLC中編制程序，從而控制燃氣、預熱氧、切割氧的開關順序和時間，從而達到切割的目的。

2.6 自動出坯系統(tǒng)

唐銀公司的自動出坯系統(tǒng)主要由移坯車、翻轉(zhuǎn)冷床、翻鋼機、移坯車編碼器、冷床接近開關等組成。坯子切割成不同長度后，經(jīng)過輸送輥道一、二，然后到達出坯輥道，當各流檢測到有坯信號后，輸送到各流的PLC中去，當信號累計到8個后，出坯輥道停止轉(zhuǎn)動，同時移坯車啟動，放下?lián)茏Γ唁撆鲹艿椒D(zhuǎn)冷床或是固定冷床上，移坯車的來回運行控制均有電動機上的編碼器控制。除了編碼器外，同時還設有接近開關和機械限位，以防止控制出現(xiàn)問題時能夠及時停車。翻轉(zhuǎn)冷床由兩種控制方式分別是軟件的控制和編碼器的控制，軟件是通過PLC內(nèi)部設置時間的長短來控制冷床的自動運行，這樣準確度有所欠缺。而編碼器控制則是很精確，分別在橫移油缸和舉升油缸的主軸上安裝一個編碼器，編碼器通過記錄油缸的位移行程，來控制冷床的自動循環(huán)的動作。

3 改進措施

在系統(tǒng)運行初期，電氣設備故障頻繁發(fā)生、根據(jù)故障反映出來的實際問題，對其控制功能進行了些改進和完善。

3.1 PLC電源的改進

原來的設計中公共部分的電源采用一個電源，包括ET200M的控制電源，這樣當有一個點出現(xiàn)接地或是短路故障，所有8個流都不能正常生產(chǎn)，針對這個問題，我們又加裝了幾個整流是電源模塊，使其獨立，分開，這樣就徹底有效地避免了一流出現(xiàn)事禍及全部的惡性事故。改造之后，在生產(chǎn)過程中又出現(xiàn)了現(xiàn)場接近開關損壞，發(fā)生接地現(xiàn)象從而使電源掉閘的事故。但在處理過程中，絲毫沒有影響到其他流的正常生產(chǎn)，大大地提高了生產(chǎn)效率。

3.2 拉速系統(tǒng)的改進

拉速系統(tǒng)的穩(wěn)定，直接影響了連鑄的生產(chǎn)效率，在生產(chǎn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)在澆鋼箱上的電阻式電位器，由于頻繁的使用和現(xiàn)場環(huán)境塵土較多，經(jīng)常發(fā)生沒有拉速信號傳入PLC的情況，為此，我們經(jīng)過討論研究，在原有PLC模塊不增加的情況下，設計了另外一套“數(shù)字量控制系統(tǒng)”，具體為：在原有澆鋼箱上增加兩位自動復位開關，和一個兩位轉(zhuǎn)換開關，自復位開關信號設為“加速”和“減速”，將該信號輸入到PLC中，再經(jīng)過編程來控制變頻器，從而實現(xiàn)了數(shù)字量控制拉速的目的。當現(xiàn)場出現(xiàn)電位器失靈的事故時，只需要通過轉(zhuǎn)換開關一轉(zhuǎn)換，即可。不會造成因沒有拉速不能生產(chǎn)的事故。實踐證明，我們自從改造完成之后，沒有再發(fā)生因沒有拉速造成的生產(chǎn)事故。

［1］中冶連鑄機操作說明書.2007.

［2］呂景泉.可編程序控制器及其應用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.