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(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，其在連鑄機(jī)的應(yīng)用也得到了很大進(jìn)步。唐山鋼鐵鋼唐銀公司小方坯連鑄機(jī)采用的是全弧形，R8m半徑，連續(xù)矯直、鑄坯全水冷卻及900mm長(zhǎng)結(jié)晶器。本文唐山鋼鐵唐銀公司八機(jī)八流小方坯連鑄機(jī)自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用以及生產(chǎn)過程中遇到的問題及改進(jìn)。

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

唐山鋼鐵唐銀公司八機(jī)八流小方坯連鑄機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用了先進(jìn)的“基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程兩個(gè)階段的計(jì)算機(jī)集成控制結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一套完整的功能集成控制系統(tǒng)。電氣儀表一體化設(shè)計(jì)采用基礎(chǔ)自動(dòng)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(tái)工業(yè)控制電腦，用來互為備機(jī)，一個(gè)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(gè)控制系統(tǒng)使用1個(gè)SIEMENS S7 315-2DP的CPU作為公共PLC，其余各流分別采用一個(gè)S7 315-2DP的PLC，這8臺(tái)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(gè)邏輯數(shù)字信號(hào)，通過編程器，編成梯形圖和語(yǔ)句表，下載到CPU的RAM中去，然后再經(jīng)過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)傳送到各個(gè)驅(qū)動(dòng)變頻器中去。

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

圖1 橋梁模式結(jié)構(gòu)圖

2 控制系統(tǒng)功能

2.1 大包回轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)

大包回轉(zhuǎn)臺(tái)位于大包回轉(zhuǎn)臺(tái)操作箱所在的的平臺(tái)上，所有的輸入信號(hào)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(luò)連接到鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)變頻器，從而實(shí)現(xiàn)控制鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的目的。按下回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)按鈕，回轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)慢速啟動(dòng)，編碼器計(jì)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(tái)每轉(zhuǎn)一圈，行程開關(guān)LS021和LS022用于編碼器清零。同時(shí)位置可由1#臂、2#臂接收位置行程開關(guān)LS021、1#臂、2#臂澆鑄位置行程開關(guān)LS022判定，設(shè)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(duì)應(yīng)不一樣的二冷水水量，否則會(huì)直接影響鑄坯的生產(chǎn)質(zhì)量，唐銀連鑄機(jī)在每個(gè)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(dòng)閉環(huán)控制來控制調(diào)節(jié)閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配水，并在Wincc畫面上對(duì)應(yīng)各個(gè)分區(qū)分別設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)2種配水控制方式按鈕，在自動(dòng)的情況下，二冷水流量自動(dòng)通過設(shè)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(hào)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)水流量的控制。手動(dòng)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(dòng)運(yùn)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(shí)現(xiàn)的。在wincc儀表檢測(cè)流程圖上點(diǎn)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(gè)“配方選擇”，這里提供了，所選斷面的配水?dāng)?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(shí)現(xiàn)對(duì)二冷水配水的控制。

2.4 振動(dòng)、拉矯自動(dòng)控制系統(tǒng)

拉坯的速度的設(shè)定是用澆鋼箱上面的的一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的4-20mA信號(hào)輸送到PLC模擬量輸入模塊中去，PLC根據(jù)送入模擬量信號(hào)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(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)控制拉速的目的。振動(dòng)系統(tǒng)通過公式F＝AV+B，V為拉矯機(jī)的拉速，PLC通過計(jì)算這個(gè)公式，來控制振動(dòng)變頻器的頻率，變頻器再輸出不同頻率來控制振動(dòng)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)拉速和振動(dòng)參數(shù)的匹配。

2.5 火切機(jī)切割系統(tǒng)

當(dāng)鋼坯從拉矯機(jī)出來以后，需要切割成不同的定尺長(zhǎng)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(duì)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(hào)，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?xì)?、預(yù)熱氧、切割氧的開關(guān)順序和時(shí)間，從而達(dá)到切割的目的。

2.6 自動(dòng)出坯系統(tǒng)

唐銀公司的自動(dòng)出坯系統(tǒng)主要由移坯車、翻轉(zhuǎn)冷床、翻鋼機(jī)、移坯車編碼器、冷床接近開關(guān)等組成。坯子切割成不同長(zhǎng)度后，經(jīng)過輸送輥道一、二，然后到達(dá)出坯輥道，當(dāng)各流檢測(cè)到有坯信號(hào)后，輸送到各流的PLC中去，當(dāng)信號(hào)累計(jì)到8個(gè)后，出坯輥道停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)移坯車啟動(dòng)，放下?lián)茏?，把鋼坯撥到翻轉(zhuǎn)冷床或是固定冷床上，移坯車的來回運(yùn)行控制均有電動(dòng)機(jī)上的編碼器控制。除了編碼器外，同時(shí)還設(shè)有接近開關(guān)和機(jī)械限位，以防止控制出現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)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(shè)置時(shí)間的長(zhǎng)短來控制冷床的自動(dòng)運(yùn)行，這樣準(zhǔn)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(gè)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(dòng)循環(huán)的動(dòng)作。

3 改進(jìn)措施

在系統(tǒng)運(yùn)行初期，電氣設(shè)備故障頻繁發(fā)生、根據(jù)故障反映出來的實(shí)際問題，對(duì)其控制功能進(jìn)行了些改進(jìn)和完善。

3.1 PLC電源的改進(jìn)

原來的設(shè)計(jì)中公共部分的電源采用一個(gè)電源，包括ET200M的控制電源，這樣當(dāng)有一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)接地或是短路故障，所有8個(gè)流都不能正常生產(chǎn)，針對(duì)這個(gè)問題，我們又加裝了幾個(gè)整流是電源模塊，使其獨(dú)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(chǎng)接近開關(guān)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(jìn)

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(chǎng)環(huán)境塵土較多，經(jīng)常發(fā)生沒有拉速信號(hào)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(shè)計(jì)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(dòng)復(fù)位開關(guān)，和一個(gè)兩位轉(zhuǎn)換開關(guān)，自復(fù)位開關(guān)信號(hào)設(shè)為“加速”和“減速”，將該信號(hào)輸入到PLC中，再經(jīng)過編程來控制變頻器，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量控制拉速的目的。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)電位器失靈的事故時(shí)，只需要通過轉(zhuǎn)換開關(guān)一轉(zhuǎn)換，即可。不會(huì)造成因沒有拉速不能生產(chǎn)的事故。實(shí)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(jī)操作說明書.2007.

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