自動(dòng)控制系統(tǒng)在連鑄機(jī)二冷水改造系統(tǒng)上的應(yīng)用

任里剛

【關(guān)鍵詞】連鑄機(jī) 自動(dòng)控制 二冷水

1 前言

萊鋼5#方坯連鑄機(jī)是普鋼機(jī)，由于生產(chǎn)的需要，進(jìn)行對此改造升級，從而實(shí)現(xiàn)普優(yōu)雙拉，由于普鋼和優(yōu)鋼在二段時(shí)要求的水流量不同，閥門的控制精度也不同，普鋼時(shí)要求水量控制在35～120升之間，優(yōu)鋼時(shí)水量控制在4.5～35之間，要求調(diào)節(jié)閥控制水量在4.5升～120升之間，而調(diào)節(jié)閥精度不夠，當(dāng)水量低于10升時(shí)，調(diào)節(jié)閥無法穩(wěn)定調(diào)節(jié)，造成拉優(yōu)鋼時(shí)二冷水調(diào)節(jié)始終不穩(wěn)定。從而達(dá)不到最佳的冷卻效果，嚴(yán)重影響了鋼坯的質(zhì)量。

2 二冷水系統(tǒng)的該造方案

連鑄機(jī)在生產(chǎn)過程中，鋼水從中間包到結(jié)晶器（一冷），二冷環(huán)節(jié)的冷卻，最后到拉矯機(jī)，切割機(jī)出鋼，從1600度的鋼水變成900度方鋼坯，中間環(huán)節(jié)的冷卻，二冷環(huán)節(jié)的冷卻最重要，二冷水的配置是否合理，是方坯生產(chǎn)最為直接關(guān)鍵的因素，直接關(guān)系到鑄坯質(zhì)量的優(yōu)劣。其中二冷分為0段，一段，二段，三段。一、二、三段為汽水冷卻且區(qū)分寬窄面分別配水，寬面用于普鋼冷卻，窄面用于優(yōu)鋼冷卻。改造后的控制圖見圖1。

每一個(gè)冷卻段的寬窄面由原來的兩個(gè)流量計(jì)現(xiàn)改為一個(gè)，每一路各使用一個(gè)截至閥和調(diào)節(jié)閥，在調(diào)節(jié)閥后合并為一路直至冷卻噴嘴。流量計(jì)后的兩個(gè)調(diào)節(jié)段上，一段安裝一個(gè)DN40截至閥和一個(gè)DN25氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于優(yōu)鋼生產(chǎn)時(shí)使用。另一段安裝一個(gè)DN65截至閥和一個(gè)DN40啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于普鋼生產(chǎn)時(shí)使用，由于普鋼冷卻需要的冷卻水流量比優(yōu)鋼大，所以在生產(chǎn)普鋼中，如果寬面的水量不夠，可以強(qiáng)制窄面閥門來彌補(bǔ)寬面水流量的不足。

3 二冷水的自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)簡介

整個(gè)工藝的自動(dòng)控制都是用西門子s7-400來實(shí)現(xiàn)對二冷水配水系統(tǒng)的PID控制，通過變頻器給出鋼速度，并同時(shí)采集到反饋的實(shí)際速度，并通過換算在不同的速度中，程序輸出給閥門定位器的電流大小不同，電流大小直接控制閥門的開度。從而實(shí)現(xiàn)對水量的控制。每流的每段流量都在WINCC上同步顯示。

在每流的PLC程序中，采用二次配水曲線數(shù)學(xué)模型的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)方式來控制二冷水，并可通過編程直接進(jìn)行完全自動(dòng)化配水，在畫面上分別設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)2種配水控制方式。在自動(dòng)調(diào)節(jié)方式下，鑄流水量設(shè)定值由PLC通過所選的水表參數(shù)計(jì)算給定。

通過變頻器反饋到出鋼的實(shí)際速度，并通過公式計(jì)算出每段的噴水量SP，然后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥門開度，并通過閥門的閥位反饋輸入到PID控制程序，與此同時(shí)，實(shí)際流量PV輸入到PID程序中通過對比工程量和噴水量，計(jì)算出偏差，再輸出給執(zhí)行器來控制閥門，進(jìn)行反復(fù)的PID調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)理論噴水量與實(shí)際流量一致。整個(gè)配水過程是調(diào)節(jié)閥利用PID控制回路進(jìn)行模糊控制。根據(jù)工藝要求，設(shè)定目標(biāo)參數(shù)，由PID回路的調(diào)試曲線，不斷調(diào)整P、I、D控制參數(shù)，使被控參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值的正常波動(dòng)范圍內(nèi)。

在回路調(diào)節(jié)畫面中，PID回路的PV值、SP值、頻率值同時(shí)用棒圖形式和數(shù)字形式顯示，操作人員可以直觀的看到回路的調(diào)節(jié)情況，也可以精確的對回路調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。在回路調(diào)節(jié)畫面中設(shè)有手/自動(dòng)切換、模型/回路控制狀態(tài)切換等開關(guān)。

3.2 二冷水自動(dòng)控制系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)

在整個(gè)冷卻水配水過程中，每個(gè)速度段的配水公式的系數(shù)是不同的。速度段分別為：0.5，0.9，1.5，2.0和4.5。在選定不同的鋼種生產(chǎn)后，當(dāng)0.9>拉鋼速度≥0.5時(shí)，調(diào)用相應(yīng)數(shù)據(jù)塊，通過設(shè)定好的配水公式，把計(jì)算后的配水量通過數(shù)據(jù)處理，最后輸出給執(zhí)行器。從而實(shí)現(xiàn)控制閥門的開度，達(dá)到對流量精確控制。要調(diào)節(jié)二冷段的噴水流量實(shí)現(xiàn)方坯最佳的冷卻效果，并最終保證鋼坯的成品質(zhì)量。

4 結(jié)束語

該改造項(xiàng)目的成功實(shí)施，不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且節(jié)省了成本，增大了效益。系統(tǒng)的成功改造，解決了長期冷卻效果差的難題，實(shí)現(xiàn)了普通連鑄機(jī)生產(chǎn)優(yōu)鋼的功能，具有顯著的社會效益。