簡述TCS系統(tǒng)

李英存，張立坤

（1. 邯鄲鋼鐵集團連鑄連軋廠，河北 邯鄲 056000；2. 邯鄲鋼鐵集團技工學校，河北 邯鄲 056000）

連鑄機主要工藝過程如下：鋼水由大包，經(jīng)過滑動水口和長水口進入中包，再通過中包進入結(jié)晶器，由引錠桿牽引，經(jīng)過四個扇形段（此過程都有冷卻水使鋼水逐漸冷卻，結(jié)晶成坯狀）、兩組夾送輥，到頂彎棍，由頂彎棍進行頂斷，使板坯彎曲，與引錠桿分離，由豎直方向變?yōu)樗椒较?，引錠桿繼續(xù)下降，由引錠桿夾送輥進行控制，而板坯則進入拉矯單元，再經(jīng)過四組拉矯輥進行矯直，由擺式剪切割成段，由豎直方向變?yōu)樗椒较?，進入加熱爐。

1 硬件組成

本系統(tǒng)采用MULTIBUS II控制系統(tǒng)，包括單片機（CPPSE/p23，CPPSE/p23v）；用于處理M－Modules的CPU板；模擬信號輸入輸出接口板；計數(shù)器接口板、光纜接口、數(shù)字信號輸入輸出接口板；放大器板以及現(xiàn)場檢測元件等。

2 軟件組成

LogiCAD 32編程軟件（包括IEC 1131圖形編輯器）、PROBAS GUI圖形用戶接口、IRMX2.2多任務操作系統(tǒng)、PRODB數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、ProMask人機界面設計軟件、SCT 2.0狀態(tài)變化表編輯器等。

3 各模塊的功能

本系統(tǒng)共分為6部分：MLC（結(jié)晶器液位控制）、HMO（結(jié)晶器振動控制）、HAS（扇形段液壓調(diào)節(jié)）、BUA（頂彎單元）、WSA（拉矯單元）、TMC（工藝主控器）。

3.1 MLC——Mould Level Control

結(jié)晶器液位控制，其主要作用是使結(jié)晶器內(nèi)鋼水液位在澆鑄過程中總是保持與設定值相對應的狀態(tài)，任何與設定值之間的偏差都可以通過調(diào)節(jié)中包內(nèi)塞棒的位置，使從中包到結(jié)晶器的鋼水流量發(fā)生變化來補償。

實際鋼水液位的測量是通過放射源測量法實現(xiàn)的，射源（CO60）和閃爍計數(shù)器（探頭）被安裝在結(jié)晶器兩側(cè)。由于在射源和檢測器之間鋼水的多少對射線的吸收不同導致射線強度的改變，根據(jù)檢測器接收到的射源強度可計算出實際結(jié)晶器的液位。

液位控制系統(tǒng)是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括一個 PID－控制回路控制結(jié)晶器液位和一個 P－控制回路控制塞棒的位置。塞棒的位置是通過液壓系統(tǒng)來進行調(diào)節(jié)的，系統(tǒng)通過控制伺服閥的開度來控制液壓缸的移動，從而控制塞棒的位置，同時一個同步位置傳感器測量軸桿的實際位置，并把測量值反饋給系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)控制。操作人員可以通過人機界面來進行操作、控制及顯示液位控制系統(tǒng)的各項參數(shù)及實際值，并可以顯示成趨勢圖。

3.2 HMO——Hydraulic Mould Oscilliation

結(jié)晶器振動控制，其主要作用是通過振動臺架上的兩個液壓缸進行周期性的同步上下振動，來帶動結(jié)晶器上下運動，以避免鋼水粘附到結(jié)晶器壁上。

主要組成部分包括：工藝提升部件；液壓站（包括油缸、泵、冷卻系統(tǒng)、加熱器、閥、限制開關、測量傳感器、蓄勢站）；帶有伺服閥、壓力傳感器、位置編碼器的液壓缸；作為產(chǎn)生、顯示、變化設定值的控制單元的伺服控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

液壓缸的移動是通過每個液壓缸上的伺服閥來進行調(diào)節(jié)的，伺服閥則是由控制系統(tǒng)中的軟件來進行調(diào)節(jié)的。

對于輸入給伺服閥的設定值，MBII系統(tǒng)是通過振動曲線來進行計算的，振動曲線包括基本特性曲線和功能特性曲線。其中基本特性曲線是由設定速度與角度之間的關系決定的，一般來說正弦曲線被作為基本的特性曲線；而功能特性曲線又分為兩種，即以振動頻率和拉速為因素的曲線以及以振動的行程和拉速為因素的曲線，每條振動曲線都是基本特性曲線和功能特性曲線的結(jié)合體，其目標是使負滑脫率保持在25左右。對于各種曲線可以任意的在線或離線編輯（系統(tǒng)共存儲有10條振動曲線），在澆鑄過程中對于全部速度曲線，其頻率和振幅都是根據(jù)特殊功能特性要求的澆鑄速度而變化且自動調(diào)節(jié)的。

3.3 HSA——Hydraulic Segment Adjustment

扇形段液壓調(diào)節(jié)，主要功能是通過對扇形段間隙的調(diào)節(jié)來改變熱鑄坯的厚度及實現(xiàn)液芯壓下（LCR）的功能，其動力來自于主液壓系統(tǒng)。

主要部分包括：帶有位置傳感器的扇形段、主液壓系統(tǒng)、控制各個扇形段液壓系統(tǒng)的閥站（包括比例閥、倒向閥、壓力開關、壓力傳感器等）；以及完成計算設定值、發(fā)出控制指令的MULTIBUS II控制系統(tǒng)。

調(diào)節(jié)扇形段的間隙是通過調(diào)節(jié)安裝在扇形段上的液壓缸的動作來完成的。通過液壓缸帶動扇形段的活動側(cè)運動，打開或關閉扇形段。此控制系統(tǒng)主要包括兩個閉環(huán)控制回路（位置控制回路和壓力控制回路）和一個開環(huán)控制回路（伺服控制回路）。

3.3.1 位置控制

位置控制是通過比例閥對液壓缸內(nèi)兩個腔的油量的控制來實現(xiàn)的。位置設定值是通過“斜坡發(fā)生器”給定的，為了防止扇形段出現(xiàn)斜形，在位置控制回路的基礎上，疊加了一個比例同步控制信號，將這兩個信號的疊加結(jié)果作為比例閥的設定值。

3.3.2 壓力控制

壓力控制是一個比例控制器，壓力設定值通過“斜坡發(fā)生器”被前饋給控制系統(tǒng)，當關閉扇形段時，只有當扇形段所受壓力沒有超過最大壓力限制時，扇形段才能進行關閉操作，如果超限，則扇形段需進一步打開，直到壓力降至允許的范圍內(nèi)后，扇形段才可回到設定位置。在壓力控制過程中，位置斜形將不能被控制器補償，只能起到監(jiān)測的功能。

3.3.3 伺服控制

給伺服閥一個設定開度值，則扇形段完成設定的移動，此控制只能用于伺服模式，不能用于澆鑄模式。當位置傳感器出現(xiàn)故障時，也可使用此控制。

3.4 BUA——Bending Unit Adjustment

頂彎單元調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其主要作用是使板坯彎曲，與引錠桿分離，由豎直方向變?yōu)樗椒较蛞苿?。引錠桿繼續(xù)下降，由引錠桿夾送輥進行控制，而板坯則進入拉矯單元。

主要設備包括兩組夾送輥、頂彎輥和引錠桿夾送輥。兩組夾送輥和引錠桿夾送輥分別有一端輥固定，另一端的輥可由液壓缸進行打開關閉的調(diào)節(jié)，無論是固定端的輥，還是可調(diào)節(jié)端的輥都是由電機進行驅(qū)動的。頂彎輥是由液壓控制的，且液壓缸與夾送輥固定端同側(cè)。其控制過程如下：

3.4.1 引錠桿插入

按順序開始時調(diào)節(jié)引錠桿夾送輥的壓力使其達到允許引錠桿移動的壓力，一旦引錠桿夾送輥攜帶引錠桿移動到的頂彎輥和兩組夾送輥處，頂彎輥和兩組夾送輥也調(diào)節(jié)到允許引錠桿移動的壓力，當引錠桿尾部只有很短的部分位于引錠桿夾送輥中時，引錠桿夾送輥則打開，由兩組夾送輥攜帶引錠桿移動到結(jié)晶器中。

3.4.2 在澆鑄初期引錠桿和板坯分離

當澆鑄開始時，引錠桿夾送輥夾緊引錠桿，使引錠桿牽引板坯向下運動，當引錠桿頭部到達頂彎輥時，頂彎輥向前伸出到頂斷位置，把板坯向前頂彎，使板坯與引錠桿脫離，引錠桿繼續(xù)由引錠桿夾送輥牽引向下移動，而板坯則彎曲進入拉矯單元。

3.4.3 澆鑄過程中頂彎輥完成的動作

當板坯與引錠桿脫離后，頂彎輥收回到半徑位，引錠桿向下移動到底部，引錠桿夾送輥打開。

3.4.4 澆鑄結(jié)束時的尾出模式

當澆鑄結(jié)束時，板坯尾部離開夾送輥1、夾送輥2、頂彎輥，這些輥則依次打開，回到初始位置。

對于夾送輥，在澆鑄過程中，為了防止板坯出現(xiàn)斜形，在壓力控制的基礎上疊加了一個比例同步控制信號，來監(jiān)測輥兩端的位置是否平行，如果偏差過大，則系統(tǒng)發(fā)出一個鎖定命令，使輥保持不動，直到澆鑄結(jié)束。

3.5 WSA——Withdrawal Straightening Adjustment

3.5.1 主要作用

拉矯單元調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其主要作用是使經(jīng)過頂彎單元而彎曲的板坯，經(jīng)過四組拉矯輥進行矯直，而使板坯徹底由豎直方向轉(zhuǎn)為水平方向。

3.5.2 主要組成部分

主要組成部分為四組拉矯輥，這四組拉矯輥下方為固定側(cè)，輥為電機控制的驅(qū)動輥；上方為活動側(cè)，輥為液壓控制的從動輥，可上下移動。當板坯經(jīng)過時，可通過調(diào)節(jié)輥的位置，而對板坯表面產(chǎn)生不同的壓力。

3.5.3 控制過程

其控制過程為：①當為引錠桿插入模式時，四組輥均打開，并向傳動PLC發(fā)送“準備引錠桿插入”信號；②當為“準備澆鑄”模式時，四組輥均打開，并向傳動PLC發(fā)送“準備澆鑄”信號；③當為“澆鑄”模式時，四組輥依靠傳動PLC發(fā)出的傳動信號依次關閉，在關閉控制器后，執(zhí)行一個閉環(huán)壓力控制。④當為“尾出”模式時，四組輥依靠傳動PLC發(fā)出的傳動信號依次打開。

3.6 TMC——Technological Master Controller

工藝主控器，此系統(tǒng)的主要功能為實現(xiàn)TCS系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間以及TCS系統(tǒng)與外部系統(tǒng)（基礎PLC、二級計算機、人機界面）之間的通訊功能。

主要組成部分包括網(wǎng)卡、網(wǎng)線、交換機等網(wǎng)絡設備。

按通訊對象的不同，TMC可分為四個模塊：①TCS系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間的通訊。②TCS與 WINCC之間的通訊，通過CORSERVR實現(xiàn)，主要完成TCS向WINCC傳遞顯示數(shù)據(jù)、報警信息，WINCC向TCS傳遞操作人員通過HMI進行的各項操作以及輸入的設定值。③TCS與二級計算機之間的通訊，由OSIGTY來完成。TCS向二級計算機傳遞實際狀態(tài)值，二級計算機向TCS傳遞設定值。④TCS系統(tǒng)與基礎PLC之間的通訊，由S5SERVR完成。TCS向基礎PLC傳遞實際狀態(tài)值，基礎PLC向TCS傳遞跟蹤系統(tǒng)模式狀態(tài)設定值和儀表系統(tǒng)設定值。另外需要說明的是CORSERVR、OSIGTY、S5SERVR為協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

對于 TCS系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的通訊均通過網(wǎng)絡實現(xiàn)，基于ISO－OSI網(wǎng)絡模型的第四層，屬于程序到程序的通訊。

4 結(jié)束語

TCS系統(tǒng)作為連鑄機的控制核心，在CSP生產(chǎn)中起著無與倫比的作用，所以了解和掌握TCS系統(tǒng)對我們今后的工作會起到巨大作用。