連鑄機塞棒自動開澆與液位控制系統(tǒng)的研究

尹忠誠

摘 要：弧形連鑄機塞棒自動開澆與液位自動控制系統(tǒng)采用西門子S7400PLC作為基礎(chǔ)自動化設(shè)備，設(shè)定自動開澆五步動作，模仿人工開澆，通過生產(chǎn)試驗優(yōu)化開澆參數(shù)。液位調(diào)節(jié)時，西門子PLC將檢測到的液位信號與設(shè)定值比較，利用改變增益控制器利用差值來控制塞棒運動，實現(xiàn)全自動開澆。不僅提高鑄胚質(zhì)量，還為改造中國現(xiàn)有連鑄機和現(xiàn)代化設(shè)計連鑄機設(shè)備提供數(shù)據(jù)參數(shù)支持。

關(guān)鍵詞：連鑄機;塞棒;改進

連鑄自動化技術(shù)的發(fā)展是我國計算機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的附帶品，在連鑄技術(shù)發(fā)展壯大的同時，我們的澆注技術(shù)卻相對落后。我國很多連鑄機現(xiàn)在仍采用手動開澆。一些大型鋼鐵企業(yè)引進國外先進設(shè)備實現(xiàn)自動化開澆技術(shù)，很多不完善地方不能及時預(yù)見和處理。所以，自主研發(fā)自動開澆技術(shù)是我們冶金企業(yè)的重要工作。

1 西門子PLC在工控系統(tǒng)中的強大作用

①強大的軟件編輯和使用實力，獨特的WINDOWS視窗界面，西門子PLC具有在組態(tài)和編程方面的實用性和廣泛性;②模塊化設(shè)計和龐大的可擴展功能。目前模塊化設(shè)計是主流方向，PLC領(lǐng)域，德國西門子公司引領(lǐng)潮流和市場趨勢。電控領(lǐng)域，模塊化和集約化都是各方追求性價比一個主要目的，西門子PLC具有強大可擴展功能，S7-200、300、400、1200或是近年SMART200系列，西門子PLC在主機模塊外推出數(shù)個乃至數(shù)十個擴展模塊，供用戶選擇;③強大的通訊功能。相比其他品牌，西門子PLC有多個通訊口供客戶選擇，有以太網(wǎng)、485通訊口、變頻器通訊USS和MODBUS端口。多端口選擇，讓用戶不用過多考慮西門子PLC使用環(huán)境;④多軸控制系統(tǒng)。很多品牌PLC只有雙軸驅(qū)動系統(tǒng)，西門子SMART200和S7-1200系列，可以驅(qū)動三軸系統(tǒng)，跟伺服電機和驅(qū)動系統(tǒng)有著天然的匹配能力，其他品牌難以望其項背。目前紡織、造紙、冶金等行業(yè)，三軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)是一個廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，一個自控系統(tǒng)，PLC是十分關(guān)鍵節(jié)點作用，PLC選擇正確，其他部件選擇才有意義，西門子PLC是正確選擇，給用戶提供完美體驗，不用擔心PLC無法匹配伺服系統(tǒng)問題。

2 自動開澆控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

弧形小方坯連鑄機，它需要利用一家意大利公司為首鋼設(shè)計的矩形坯連鑄機控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)改造。改造之后的弧形連鑄機控制系統(tǒng)可編程控制器就是西門子PLC。它替代了原有的直流電機為DC motor MISS6Serie，功率為0.6kW伺服控制系統(tǒng)。

PLC是由電源板、中央處理器、數(shù)字輸入和信號模板組成。由決定電機的運轉(zhuǎn)方向和運轉(zhuǎn)速度的伺服控制器工作。驅(qū)動電機帶動塞棒機構(gòu)升降是由PLC接收液面的實際和設(shè)定值的信號，再由中央處理器運算出數(shù)據(jù)，經(jīng)過profibus總線傳輸送達伺服控制器，修改它的控制字進行塞棒升降。液位檢測系統(tǒng)是根據(jù)結(jié)晶鋼液面值得高低，產(chǎn)生4-20mA信號，再接入PLC模擬輸入模塊。

3 塞棒自動開澆設(shè)計

鋼水進入中間包并達到預(yù)定值，塞棒開始五步動作，模仿人工開澆過程。預(yù)先設(shè)定的開澆參數(shù)主要包含：運動步數(shù)和每步位置停留時間和這一步到下一步速度;拉矯機拉速從0到正常速度變化模型圖;PID調(diào)節(jié)參數(shù)等。相應(yīng)的實驗中，每步時間內(nèi)塞棒快速到達指定位置，生產(chǎn)中5個步驟不一定全部需要;當液位達到機器開澆所需液位，馬上跳至最后一步。其次，拉矯機開始拉坯，速度由快變慢，最后穩(wěn)定在正常拉速，這時鋼水液面得處在規(guī)定的額范圍值。開澆完成塞棒的功能轉(zhuǎn)位液位自動調(diào)節(jié)，為保證結(jié)晶器液面穩(wěn)定，不出現(xiàn)拉坯缺陷，程序設(shè)定液位變化范圍值。

4 液位自動控制系統(tǒng)

液位控制系統(tǒng)主要由以PLC為中心的結(jié)晶器液位控制器、位置檢測裝置、液位的傳感器和控制塞棒的伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成。（控制原理如圖）

塞棒會控制中間包水口的開度，從而調(diào)節(jié)了鋼水從中間包流入結(jié)晶器的量，來維持液面的穩(wěn)定性。塞棒的位置由信號器液位監(jiān)視器通過液位測量系統(tǒng)準確的測量結(jié)晶器鋼水液位高度。這個信號是直接提供給塞棒控制器，再由控制器把信號給伺服控制器，伺服電機作用于塞棒執(zhí)行機構(gòu)，來控制鋼水從中間包到結(jié)晶器的流量，從而達到維持結(jié)晶器液面的穩(wěn)定。

5 全自動開澆實驗

實驗在4號連鑄機4流弧形小方坯連鑄機的一流上進行。實驗一共進行30次，澆注斷面250*360mm，中間包開澆質(zhì)量為26T，材料為碳鋼、低合金鋼，力求獲得合理的開澆和液面數(shù)據(jù)參數(shù)。鋼水流量計算采用VSV通量表。雖然這與實際使用的塞棒有所差距，后觀察操作手工開澆的過程，適當放大開澆塞棒的位置，才獲得比較合理的參數(shù)。

6 結(jié)語

液位控制精準度越高、塞棒定位越準確快速，連鑄要求的滿足度為：正常穩(wěn)定的狀態(tài)下，液面控制度為±5mm。自動控制系統(tǒng)能在澆筑過程中因換大包及水口或者液位波動時，可以很快的穩(wěn)定下來，相對來說自動控制系統(tǒng)的安全性更好、投資低、操作也更簡單。

參考文獻：

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