六機六流方坯連鑄機中后部出坯的自動控制

郝宏昭，劉 悅，高朝波

(中國重型機械研究院自動化研究所,陜西 西安 710032)

六機六流方坯連鑄機中后部出坯的自動控制

郝宏昭，劉 悅，高朝波

(中國重型機械研究院自動化研究所,陜西 西安 710032)

以六機六流方坯連鑄機后部冷床設備的自動化控制為主要研究對象,采用PID閉環自動控制，實現了四個升降油缸的同步控制以及兩缸平移同步控制。采用堆棧法對冷床、推鋼機上的鑄坯進行位置跟蹤，提高了運坯效率。

撈鋼機；冷床；推鋼機

0 前言

由于六機六流的方坯連鑄機拉速高、流數多，為了提高方坯連鑄機的生產作業率，必須對后部出坯工序進行優化，并對該部分的工藝過程實現全自動控制，避免人工手動控制造成鑄坯運輸不暢而影響整條線的生產效率。因此實現該區域設備電氣自動控制就顯得尤為重要了。

1 后部出坯工藝流程

后部出坯的控制對象：撈鋼機、冷床、推鋼機。出坯工藝流程如圖1所示，當任一流道上有鑄坯時，撈鋼機根據二級工藝要求選擇去冷送或者去熱送。如果選擇去冷送則撈鋼機從流道把鑄坯撈起來放至冷床，然后冷床再把鑄坯步進送至推鋼機，緊接著推鋼機把鑄坯推至冷送輥道或者從推鋼機直接人工天車下線。如果選擇去熱送則撈鋼機直接從流道把鑄坯撈起來放至熱送輥道。

圖1 出坯工藝流程

2 自動控制系統配置

本自動控制系統主要設備包括德國西門子公司的S7-300系列PLC、ET-200M分布式I/O、HMI監視操作站、安川的H1000系列變頻器。整個系統網絡設計采用工業以太網Industrial Ethernet將PLC裝置和監控操作站相連，通過PROFIBUS-DP現場總線與遠程ET-200M以及變頻器相連。其中PLC作為主干控制裝置實現對撈鋼機、冷床、推鋼機等設備的控制以及該區域儀表元件的采集。

3 冷床的控制

3.1 冷床的動作過程及特點

冷床升降通過四個液壓升降缸來進行控制，每個液壓缸內置一個SSI的位移傳感器，冷床液壓閥臺上配置有四個伺服閥分別控制四個油缸，另外配有一個液壓鎖閥用以切斷整個冷床的供油回路。冷床平移通過兩個平移油缸來進行控制，平移閥臺上配置有兩個伺服閥用來分別控制兩個平移缸，平移變速或到位通過四個接近開關來檢測。

冷床的動作過程是：撈鋼機將鑄坯放至冷床放坯位，冷床開始啟動，首先冷床先上升(四缸同步)至高位，然后再高速前進至減速位后低速運行，運行至前進停止位后冷床平移停止，接著再下降至低位，到低位后冷床高速后退，后退至后退減速位后低速運行至后退停止位即冷床原始位停止，至此冷床步進一個周期結束，本系統因設備空間有限，平移油缸行程稍短，故而將鑄坯移動一個工位需要冷床步進兩個周期，也就是冷床步進兩個周期則鑄坯前進一個工位(冷床共有8個工位)如圖3所示。

圖3 冷床動作過程

由于冷床上升、下降是通過四個油缸一起來完成，所以就要求對四個油缸的升降進行同步控制，同步如果控制不好就會使鑄坯傾斜甚至滑落。所以四缸同步控制是本設備的難點。既要保證四缸同步，還要求有一定的速度，加大了控制的難度。另外冷床的平移是由兩個缸共同完成，所以也需要對兩個缸實現同步控制，而這兩個油缸沒有設置位移傳感器，要實現同步難度無疑就更大了。除了同步之外，還需要對鑄坯進行跟蹤以保證撈鋼機、冷床、推鋼機之間以及與下道工序緊密配合提高工作效率。

3.2 控制方法

3.2.1 冷床的升降控制

冷床的升降控制采用PID閉環自動控制：首先對每個缸都進行PID閉環自動控制，通過PLC的SM338模塊把油缸內置的位移傳感器的值采集后經過處理得到該油缸的實際位置，然后根據設定的目標位置，通過PID閉環調節自動控制給出伺服閥相應的開口度，最終驅動油缸使升降到目標位置。四缸同步是在每個油缸閉環的基礎上，以一個油缸作為主缸，其它作為從缸來進行控制。以一號缸作為主缸，給定一個主目標位置給定，一號缸仍然是以1#位移傳感器處理得到的位置值作為位置反饋來對一號缸實現閉環控制；將二號缸的2#位移傳感器處理得到的位置值與1#位移傳感器處理得到的位置值的差值作為附加給定到主目標給定上，把此作為2#缸閉環的給定，以2#位移傳感器處理得到的位置值作為反饋對2#缸實現閉環控制；同樣3#、4#缸也同2#缸類似處理，另外當任意兩個缸的位置差超過3 mm時給定受限。通過以上的控制方法實現了四個升降油缸的同步控制。如圖4所示。

圖4 油缸閉環控制框圖

3.2.2 冷床的平移控制

由于本系統平移油缸未設置位移傳感器，故而平移控制采用開環控制，即分別給平移兩側的伺服閥一定的開口度，由于設備兩側本身的摩擦力包括油缸本身的阻力也不盡相同，而且兩個伺服閥本身性能也不可能完全相同，如果給兩側伺服閥同樣的開口就可能引起兩側不同步。所以在實際中反復進行了測試，最后得到一組基本保證兩側能夠同步的伺服閥電流值。但經過一段時間的磨合之后，有可能兩側的阻力發生不同變化從而導致之前的參數不太適合，因此在HMI監控畫面中設置了兩側伺服閥電流給定修改窗口，這樣通過修正就能夠解決此問題。此外還有一個問題，就是冷床平移是步進式的，而且鑄坯向前移動一個工位，冷床需要步進兩個周期，鑄坯從初始工位平移到最后一個工位，冷床要運行多個周期，如果冷床每平移一步兩側出現一點誤差，那么這個誤差就會隨著每步累積起來，等到平移到最后一個工位的時候誤差就會被放大，這時鑄坯可能傾斜。為了解決這問題，通過接近開關得到的信號，讓油缸平移到兩端時適當延時再進行下一步，保證兩側油缸都能夠走到同一水平線上，也就是在每一步就進行誤差消除，從而確保鑄坯無論平移到那個工位都是直的，那么鑄坯平移到最后一個工位兩側也就不會再有偏差了。

3.2.3 冷床鑄坯的位置跟蹤

冷床的動作和撈鋼機以及推鋼機都有著非常緊密的聯系，為了使整個運坯流程快捷、安全。這就要求對冷床上的鑄坯來進行位置跟蹤。只有準確的知道了冷床初始放坯位是否有坯才能讓撈鋼機準確、及時的放坯。推鋼機也是一樣，當冷床步進平移將鑄坯一旦平移到推鋼機推坯位時，推鋼機就能夠及時啟動把鑄坯推走。所以對冷床上的鑄坯進行位置跟蹤無疑就提高了運坯效率。使用了堆棧做法，冷床上總共有8個工位，初始放坯位作為8號工位，以此類推直到最后一個工位為1號工位。當撈鋼機往冷床的8號工位放坯完成后，此時把8號工位記為有坯，此時啟動冷床，當冷床步進兩個周期后，8號工位的鑄坯被平移到7號工位，那么這時8號記為無坯，而7號記為有坯。以此類推其它工位是否有坯。如此以來在冷床動啟動或停止時，能準確知道那個工位是否有坯，同時在HMI畫面上也有相應的工位是否有坯顯示。此外當人工手動將某一工位的鑄坯吊走時，可以在HMI上人工剔除某工位的鑄坯，使其和現場實際相符合。

4 結束語

本文關于后部出坯的工序及控制方法在山東某鋼廠連鑄機三個機組投入使用后，該機組的拉坯速度均得到了有效保證，整條連鑄生產線也能夠持續高效生產，后部出坯區域的操作人員的操作也變得更加便捷，以往需要至少3人進行操作已減少至1人操作，而且更加安全可靠。此外與下一級熱軋以及冷送工序的銜接也都能夠通暢無誤。在此希望文中的所用的一些自動控制的控制方法對相關行業的工程技術人員有一定的借覽鑒意義。

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Automatic control of the billet ejection equipment for6-machine 6-strand caster

HAO Hong-zhao,LIU Yue,GAO Zhao-Bo

(China National Heavy Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Xi’an 710032,China)

The automatic control of cooling bed equipment at the 6-strand billet caster is the main research object. Using PID closed-loop automatic control, the synchronous control of four elevating oil and two cylinder translational synchronization control were realized. In addition, the stack method was used to track the casting billet on the cold bed and pusher, which improved the efficiency of the billet transport.

blank traversing conveyer;cooling bed;pusher

TF341

A

1001-196X(2017)05-0088-03

2017-06-15；

2017-07-18

郝宏昭(1976-)，男，陜西西安人，高級工程師，主要從事冶金電氣自動化方面的研究設計工作。