連鑄機(jī)電氣自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

張小平

摘 要：連鑄是通過澆鑄、冷凝以及切害等工藝將鋼水鑄成鋼坯。提升連鑄的自動化控制對節(jié)約能源，減輕了勞動強(qiáng)度、提高成材率、改善環(huán)境具有重要影響。本文綜述連鑄自動化系統(tǒng)的構(gòu)成，以某鋼鐵企業(yè)連鑄集散自動化控制系統(tǒng)為例分析連鑄自動化控制過程，為鋼鐵企業(yè)提高連鑄機(jī)自動化控制系統(tǒng)水平提供參考。

關(guān)鍵詞：連鑄機(jī)；自動化；控制級；PLC

研究連鑄機(jī)電氣自動化控制系統(tǒng)對對企業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的簡化和優(yōu)化、提升經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

一、連鑄自動化系統(tǒng)的構(gòu)成

連鑄機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場各種電氣元件、智能儀表秘交流傳動裝置，按功能化分可分為平臺控制區(qū)域、鑄流控制區(qū)域、后區(qū)控制區(qū)域、儀表控制區(qū)域四大部分。

1.連鑄機(jī)平臺控制區(qū)域自動化控制。連鑄機(jī)平臺控制區(qū)域自動化控制主要是對鋼水罐回轉(zhuǎn)臺、中間包及中間包車、結(jié)晶器吸收風(fēng)機(jī)、二冷水排煙風(fēng)機(jī)以及附屬設(shè)備電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制。平臺控制區(qū)域的功能是承接鋼水罐，移動中間包與結(jié)晶器、排放扇形段二冷區(qū)域煙氣。

（1）鋼水罐回轉(zhuǎn)臺在設(shè)計上采用變頻器傳動控制方式，并且在變頻器的容量選擇上加大了一級。同時利用變頻器的S曲線加減速功能，通過調(diào)整S曲線保證加減速曲線的平滑快速，減少對減速機(jī)的沖擊，然后再通過PLC程序判斷變速限位、停止限位等實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)過程中高低速的自動切換和到位停車。

（2）中間包的作用是減壓、穩(wěn)流、去雜質(zhì)、貯存鋼水、分流和中間包冶金，為保證中間包車可靠穩(wěn)定運行，中間包車的走行應(yīng)該采用變頻傳動控制方式。

（3）結(jié)晶器煙氣吸收風(fēng)機(jī)的電氣系統(tǒng)的作用是將冷卻水與高溫的鋼水接觸產(chǎn)生大的煙氣及時排出，結(jié)晶器煙氣吸收風(fēng)機(jī)的電氣系統(tǒng)可用不可逆電機(jī)實現(xiàn)。為使二冷排蒸汽風(fēng)機(jī)不過載，控制的微動開關(guān)要設(shè)計4個位置檢測，即開過轉(zhuǎn)矩、開到位、關(guān)到位、關(guān)過轉(zhuǎn)矩。

2.連鑄機(jī)鑄流區(qū)域的電氣控制系統(tǒng)。鑄流區(qū)域的電氣控制系統(tǒng)是連鑄機(jī)核心控制部分，主要控制坯連鑄機(jī)運轉(zhuǎn)方式的選擇，結(jié)晶器在線調(diào)寬，結(jié)晶器的振動裝置，扇形段壓下及壓力，扇形段的驅(qū)動以及引錠桿和板坯的跟蹤等。

（1）板坯連鑄楓的運轉(zhuǎn)模式要設(shè)計維護(hù)、檢測、送引錠、點動、保持、澆鑄以及尾坯等七種模式。

（2）結(jié)晶器在線調(diào)寬能夠縮短更換結(jié)晶器的時間，提高鑄機(jī)作業(yè)率。結(jié)晶器在線調(diào)寬電氣控制系統(tǒng)主要包括調(diào)寬電機(jī)、脈沖編碼器、結(jié)晶器定位裝置、液壓電磁閥和支撐導(dǎo)向鎖緊裝置液壓電磁閥。

（3）扇形段壓下及壓力控制系統(tǒng)是根據(jù)扇形段跟蹤系統(tǒng)對各種工作模式下的引錠桿及鑄坯的位置跟蹤，完成扇形端的壓下及壓力控制功能，是通過光電編碼器的數(shù)值，計算出板坯或者引錠桿實際的位置。

（4）扇形段驅(qū)動的作用是使鑄坯所受的拉矯力平衡，在設(shè)計上要通過變頻器對電機(jī)進(jìn)行軟啟動，實現(xiàn)電機(jī)負(fù)載平衡。

（5）結(jié)晶器振動系統(tǒng)的作用是防止坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)麗被拉裂，減輕鑄坯振動，提高鑄坯質(zhì)量與拉速。主要是通過液壓系統(tǒng)的反饋與控制其振動。

3.連鑄機(jī)后區(qū)控制區(qū)域控制。連鑄機(jī)后區(qū)控制有輸送輥道、切割機(jī)、脫引錠桿設(shè)備、切頭切尾收集小車、引錠桿存放及對中設(shè)備、去毛刺機(jī)、毛刺收集小車、升降擋板和橫移臺車等部分。輸送輥道可采用l臺變頻器控制多臺輥子電機(jī)的驅(qū)動。切割前輥道、切割后輥道、去毛刺輥道和稱量輥道采取成組傳動方式，每組輥道的電機(jī)各由一臺變頻器控制以降低成本。

4.連鑄機(jī)儀表控制系統(tǒng)控制。連鑄機(jī)儀表控制系統(tǒng)主要是對連鑄機(jī)生產(chǎn)過程中的流量、壓力、溫度等工藝參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。

二、連鑄集散自動化控制系統(tǒng)

連鑄集散自動化控制系統(tǒng)又稱為分布式控制系統(tǒng)，是當(dāng)前鋼鐵企業(yè)廣泛使用的集計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和圖形顯示等技術(shù)為一體的新型計算機(jī)控制系統(tǒng)。集散自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計原則是采用分散控制、集中操作、綜合管理和分而自治。

其構(gòu)成分三大部分，即基本控制器、通信通道與接口、人機(jī)聯(lián)系裝置。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)通一般分為分散過程控制級，集中操作監(jiān)控級，綜合信息管理級。各級之間由通信網(wǎng)絡(luò)連接，級內(nèi)各裝置之間由本級的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。

1.分散過程控制級控制。分散過程控制級直接面向生產(chǎn)過程，與生產(chǎn)過程現(xiàn)場的傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電氣開關(guān)相連接，完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)控制和順序控制等功能，其過程輸入信息是面向傳感器的信號及開關(guān)量等信號，其輸出驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。分散過程控制級能與集中監(jiān)控級進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收顯示操作站下傳加載的參數(shù)和作業(yè)命令以及將現(xiàn)場工作情況信息整理后向顯示操作站報告。

分散過程控制級主要由安放在連鑄電氣室的公用PLC、鑄流PLC、儀表PLC，安放在出坯操作室的出坯區(qū)PLC、切割PLC以及連鑄生產(chǎn)線上其他現(xiàn)場控制站、智能調(diào)節(jié)器和測控裝置等組成。每一臺PLC控制一個區(qū)域的被控對象，各控制器之間可以通過信號傳遞進(jìn)行內(nèi)部聯(lián)鎖、響應(yīng)或發(fā)令等，或由上位機(jī)通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通信。各控制單元具有獨立的PLC，可單獨完成它所承擔(dān)的各種任務(wù)和控制功能，某一臺PLC出現(xiàn)故障時，不影響其它PLC的運行。在現(xiàn)場可設(shè)置控制柜與遠(yuǎn)程柜，這樣不但節(jié)省電纜，減少線路干擾，提離響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的可靠性，同時便于現(xiàn)場進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理，減少信息傳輸量，減輕上位機(jī)的壓力。

2.集中操作監(jiān)控級控制。集中操作監(jiān)控級主要是顯示操作站，完成顯示、操作、記錄、報警等功能，同時兼有部分管理功能。它把過程參量的信息集中化，對各個現(xiàn)場配置的控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，可以通過簡單的操作，進(jìn)行過程量、工藝流程、趨勢曲線的顯示以及改變過程參數(shù)。集中操作監(jiān)控級主要由安放在連鑄主操作室、切割室和出坯室的監(jiān)控計算機(jī)、工程師顯示操作站、操作員顯示操作站等多臺計算機(jī)組成。工程師站主要用來編制和修改程序，操作員顯示操作站負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程和設(shè)備的運轉(zhuǎn)及操作監(jiān)視、數(shù)據(jù)設(shè)定和故障報警等。

3.綜合信息管理級控制。綜合信息管理級由管理計算機(jī)、辦公自動化系統(tǒng)和工廠自動化服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成，主要執(zhí)行生產(chǎn)管理和經(jīng)營者管理功能。本系統(tǒng)主要由綜合信息管理級服務(wù)器和操作站組成，完成對數(shù)據(jù)的采集與處理、歷史數(shù)據(jù)的記錄，并且和上游和下游工藝保持通訊，調(diào)整安排和調(diào)整生產(chǎn)計劃。

4.通信網(wǎng)絡(luò)控制。通信網(wǎng)絡(luò)是集散系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它將物理上分散配備的多臺計算機(jī)有機(jī)地連接起來，實現(xiàn)了相互協(xié)調(diào)、資源共享的集中管理。通過數(shù)據(jù)通信線，將現(xiàn)場控制站、局部操作站、監(jiān)控計算機(jī)、中央操作站和管理計算機(jī)連接起來，構(gòu)成了多級控制系統(tǒng)。根據(jù)各級的不同要求，通信網(wǎng)也分為高、中、低三種通信速度的網(wǎng)絡(luò)。低速網(wǎng)絡(luò)面向分散過程控制級，中速網(wǎng)絡(luò)面向集中操作監(jiān)控級，高速面向綜合信息管理級。

總之，本文分析了連鑄集散自動化控制系統(tǒng)能夠簡化生產(chǎn)工藝，縮短工藝流程，提高了綜合成材率，節(jié)能降耗作用顯著；隨著新型結(jié)晶器、新型保護(hù)渣、結(jié)晶器非正弦振動、結(jié)晶器內(nèi)電磁制動及液面高精度控制技術(shù)的發(fā)展，深入研究連鑄機(jī)自動化對提高鋼鐵企業(yè)的自動化程度、節(jié)能降耗、提高鑄坯質(zhì)量和減輕工人勞動強(qiáng)度具有重要的現(xiàn)實意義。

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