板坯連鑄機軟壓下控制系統的研究與應用

柴智彬

摘 要：本文介紹了板坯連鑄機ASTC軟壓下的工藝，并在此基礎上闡述了板坯連鑄機軟壓下的控制方案及控制系統集成網絡架構的解決方案，詳述了其控制系統的設計特點和工作原理。

關鍵詞：軟壓下；控制系統；ASTC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.035

0 引言

連鑄機軟壓下技術是控制坯子液體流動凝結、緩解坯子中間偏析程度的一項特殊方法，在提高坯子整體質量、促進鑄機產量效益和優化后面軋機生產過程等方面具有特別明顯的先進性。鑄機拉矯機控制輥（包括自由輥和驅動輥）夾縫距離的控制技術，可實現壓下輥的冷熱壓和夾縫的自動控制，還有二級模型精確追蹤坯子的冷、熱態的實際狀態，來實現對坯子凝固節點的實時軟壓下。

1 鑄機ASTC軟壓工藝設備

（1）軟壓下工藝。我們講的ASTC就是通過追蹤鋼液中心且精準確定核心區域的基準控制自由棍和驅動輥的壓下位置，從結晶器方向壓擠化學成分超標的鋼水芯，讓鋼液相對流動，在鋼坯里再次調配，來起到降低坯子內部偏析和降低密度的目的。另外，也能通過補償沿坯子核心線因凝結造成的縮孔和空間，從接近鋼水芯凝固末端的地方，通過調節鑄坯厚度去實現軟壓下過程。

（2）軟壓下設備。ASTC扇形段壓下輥縫調節技術，會達到扇型段輥縫的自動調節。使用在板坯連鑄機曲形扇形段、拉直扇形段和平面扇形段使用帶有液壓輥縫調節技術的扇形段，并輔以隨時調節作用的二冷模型精確追蹤坯子的冷熱調節進程，再利用所開發的軟壓下模型，從而對鑄坯凝固終點的即時軟壓下。

ASTC軟壓下具有液壓輥縫控制技術的扇形段，其液壓系統由四個液壓缸構成。為了實現精確定位，每一個液壓缸配備一個能夠高速響應電磁閥，液壓缸運動速度的降低是靠一個直徑為0.8mm的阻尼孔完成的。液壓缸的運動速度約1mm/S電磁閥有三個位置，通過控制閥芯的不同位置來完成輥縫增加、減小和保持的動作。

同時，每一個液壓缸配備一個內置的磁致伸縮式的位置傳感器，它的線性和絕對位置可達到5μm的精度，其主要功能就是通過采集每個液壓缸位移值來計算出，扇型段四個點（四個角）的輥縫值。

2 ASTC軟壓下控制系統

（1）工作原理。在位置調節狀態下，調節系統選用SSI數據傳輸協議實現對位移傳感器的數據收集，用頻繁的采樣周期將液壓缸里的高精度位移傳感器實測到的活塞桿位移即驅動輥及自由棍壓下實際位置發送到系統PLC內，再和由1級畫面顯示或2級模型機傳發的輥縫設定值對比，即時算出位移偏差，使用特定的控制算法算出需要調節量，傳出控制信號通過比例放大板放大后，以調節比例減壓閥的閥芯動作，要壓力控制在制定范圍內，從而控制驅動輥和自由輥液壓缸的位置達到設定值。

（2）扇形段軟壓下電氣控制系統的構成。根據生產工藝特點，扇形段軟壓下控制系統主要由二級計算機系統和一級自動化系統構成。

1）扇形段軟壓下二級計算機系統。二級計算機通過動態二冷模型準確跟蹤鑄坯的凝固進程和液芯位置，并根據計算出的液芯位置決定實施動態軟壓下的壓下區間，即決定具體實施軟壓下的扇型段。

2） 扇形段軟壓下一級自動化系統。一級自動化由HMI計算機和PLC系統構成，扇型段輥縫的實時數據和歷史趨勢可在HMI畫面顯示，HMI畫面上也可完成靜態輥縫控制、輥縫校準和強制壓下等操作，使軟壓下系統的操作更加靈活、簡便。

PLC系統由PLC主站、一個控制電磁閥輸出的遠程控制柜和一個采集輥縫位移傳感器數據的遠程控制柜組成。

扇形段軟壓下一級自動化系統采用SIEMENS S7-400 PLC系統，S7-400 PLC主站的硬件單元是由cp模塊、機架本體、CPU模塊、DI/DO模塊、AO/AI模塊、以Ethernet模塊等構成，和另外的PLC和二級計算機之間通過Ethernet通訊連接。操作電磁閥輸出的就地操作柜硬件連接采用ET200M系列，由電源模塊、本體機架、DP網通訊模塊、DI模塊（帶繼電器輸出）等組成。采集輥縫位移傳感器數據的遠程控制柜硬件單元采用ET200S系列，由CP模塊、本體機架、DP通訊模塊、位置輸入模塊（SSI接口）等構成。主站與遠程柜之間采用Profibus-DP通訊方式。

扇形段軟壓下一級自動化系統采用SIEMENS S7-400 PLC系統，其特點是以CPU為核心，將電氣傳動和邏輯控制、自動檢測和控制、數據運算和處理緊密的融合起來，含有眾多的軟件資源的高科技工業自動化控制器。該軟件優點是使用繼電器調節控制的梯形圖語言或另外的計算機語言，用程序邏輯控制來取代實線聯接控制，來實現軟件控制的目的，具有極高的可靠性。

（3）一級自動化系統主要功能。扇形段軟壓下控制系統有自動和調試兩種控制方式。在自動方式下，首先由二級計算機或HMI畫面發送每一個扇型段的輥縫設定值，PLC比較設定值和實際值來控制電磁閥得失電；在調試模式下，工藝人員在電腦控制畫面或遠程控制屏上下達設備動作指令，使PLC執行。其功能主要有：1）現場設備狀態及液壓缸位移傳感器的數據采集與計算。2）通過以太網通訊接收來自二級計算機或HMI畫面的數據，包括輥縫的設定值和電磁閥的動作命令。3）實現輥縫控制規則：每10ms通過輥縫傳感器的位置值計算出輥縫的實際值。用這些實際值與設定值作比較。如果偏差超出了偏差范圍，重新定位將開始。向液壓缸的電磁閥將發出上升或下降指令，實現輥縫控制。4）故障判斷，向二級計算機或HMI畫面發送報警數據。

3 結束語

連鑄的扇形段軟壓下技術在提高坯子整體質量、促進鑄機產量效益和優化后面軋機生產過程等方面具有特別明顯的先進性和獨特優越性。隨著電液傳動技術的發展及其在連鑄中的不斷應用，軟壓下技術在連鑄中的應用必將是一種勢不可擋的趨勢。

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