連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

魏建秋

摘要：連鑄鋼工程是生產(chǎn)鋼鐵的重要環(huán)節(jié)之一，涉及到的技術(shù)復(fù)雜且工程量龐大，因此，實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制是增加工作效率的必要前提。整個(gè)冶鋼工程中較為重要的過程就是煉鋼過程和軋鋼過程，連鑄的質(zhì)量在很大程度上決定著煉鋼和軋鋼的質(zhì)量。本文就是針對(duì)連鑄機(jī)的工藝和電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行的分析研究。

關(guān)鍵詞：連鑄機(jī);電氣自動(dòng)化;控制系統(tǒng)

連鑄是通過多個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)液態(tài)鋼向固態(tài)鋼轉(zhuǎn)變的過渡工藝，其中包括冷凝工藝、連鑄工藝以及切割工藝等等，因?yàn)檫B鑄過程中包含的工藝復(fù)雜多樣，因此連鑄質(zhì)量與冶鋼質(zhì)量呈正比例關(guān)系，直接影響著冶鋼成材率。在進(jìn)行冶鋼工程時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到連鑄工藝的技術(shù)核心地位，同時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄工藝質(zhì)量帶來的重要意義。

一、連鑄機(jī)工藝

連鑄機(jī)工藝技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，整個(gè)工藝流程中需要運(yùn)用的設(shè)備種類繁多，包括中間包、二次冷卻裝置、切割裝置、振動(dòng)結(jié)晶器裝置等數(shù)十種。振動(dòng)結(jié)晶裝置的開啟前提是結(jié)晶器出口坯殼保持著合理的厚度，只有在這個(gè)前提下，才能促使鑄坯可以同若干個(gè)夾輥相結(jié)合，形成弧形導(dǎo)向。冶鋼工程中的澆筑過程，需要利用到運(yùn)載鋼包裝置，實(shí)現(xiàn)鋼液的快速裝卸，首先使鋼水可以通過位于底部的鋼包水口達(dá)到中間包中，實(shí)現(xiàn)灌注目的，其次進(jìn)行滑水口的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)鋼水進(jìn)行一個(gè)指引，使其流進(jìn)下口中，然后在冰冷結(jié)晶器中進(jìn)行晃動(dòng)，最終結(jié)晶器裝置可以將鋼液進(jìn)行冷凝形成坯殼。在鑄坯環(huán)節(jié)，下行操作和二次冷卻操作是需要共同進(jìn)行的，根據(jù)規(guī)律進(jìn)行冷卻，冷卻的方式是采用噴嘴排出的霧化水，直至達(dá)到凝固狀態(tài)。引錠桿會(huì)在扇形段后與鑄坯直接分離，全部鑄坯都凝固之后會(huì)進(jìn)行矯直工序。在同時(shí)滿足鑄坯矯直且凝固完成的條件下，進(jìn)行切割工藝，選擇的切割裝置應(yīng)具有合理的尺寸及長(zhǎng)度，切割完成之后將其通過輥道進(jìn)行運(yùn)輸，進(jìn)而整個(gè)連鑄機(jī)工藝操作完成。

二、連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.自動(dòng)化控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)包含若干種電氣元件，同時(shí)還涉及到智能化設(shè)備的應(yīng)用和交流傳動(dòng)裝置的應(yīng)用，這些自動(dòng)化設(shè)備可以同PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息的交換，為用戶提供實(shí)時(shí)且可靠的參數(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)的控制和接收。連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)結(jié)合冶鋼工業(yè)的實(shí)際需求，對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行子系統(tǒng)的劃分，主要包括平臺(tái)控制子系統(tǒng)、后區(qū)控制子系統(tǒng)、儀表控制子系統(tǒng)、鑄流控制子系統(tǒng)以及液壓潤(rùn)滑子系統(tǒng)五個(gè)。

2.集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。集散控制系統(tǒng)的主要作用是對(duì)整個(gè)分散過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)綜合信息的有效管理，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)通信管理的完善。在進(jìn)行分散控制時(shí)，需要完成的控制內(nèi)容主要有四個(gè)方面，分別是儀表、鑄流、出坯區(qū)域以及切割控制，通過集散控制系統(tǒng)將各個(gè)參數(shù)和信息及時(shí)的反饋與控制系統(tǒng)中，促進(jìn)測(cè)量控制、智能調(diào)節(jié)等設(shè)備的聯(lián)系可靠性。不同功能的控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)現(xiàn)不同的管理目標(biāo)，PLC系統(tǒng)的不同使其只能進(jìn)行對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)對(duì)象的控制和管理，但是不同的控制器可以利用信號(hào)的傳遞完成命令和響應(yīng)，同時(shí)，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的控制器在上位機(jī)的幫助下可以對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供一個(gè)完善的通信環(huán)境，在現(xiàn)場(chǎng)可以直接設(shè)置遠(yuǎn)程控制1/0柜和相對(duì)應(yīng)的控制柜。在進(jìn)行集中操作的監(jiān)控時(shí)，應(yīng)認(rèn)識(shí)到對(duì)冶鋼各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控的重要性，重點(diǎn)關(guān)注主操作室、切割操作室以及出坯室的監(jiān)控工作，自動(dòng)化系統(tǒng)使工作人員可以利用多個(gè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控工作，同時(shí)，工程的設(shè)計(jì)人員可以遠(yuǎn)程幫助操作人員進(jìn)行監(jiān)控工作的完善。設(shè)置多個(gè)工作站，例如工程師站以及操作員站，工程師站主要進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)中程序的完善，操作員站主要完成冶鋼生產(chǎn)設(shè)備的控制管理，保證故障報(bào)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。在進(jìn)行信息的綜合管理時(shí)，重點(diǎn)管理過程應(yīng)當(dāng)是計(jì)算機(jī)與工廠自動(dòng)化的服務(wù)管理，對(duì)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善，這需要工廠的經(jīng)營(yíng)者與從事生產(chǎn)工作的生產(chǎn)者共同完成管理工作，進(jìn)而為工廠建設(shè)提供智能化的可靠環(huán)境。在進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)的完善時(shí)，系統(tǒng)分散控制的重要性主要體現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用上，而進(jìn)行集中控制時(shí)大多應(yīng)用以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)，在通信網(wǎng)絡(luò)分段的情況下，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用交換機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)操作室、電氣室與各個(gè)機(jī)房的了解，同時(shí)保證子系統(tǒng)之間的可靠信息交流過程。

3.PLC系統(tǒng)配置分析。本文在進(jìn)行連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究時(shí)應(yīng)用的PLC系統(tǒng)為SIMATIC S7-300型號(hào)，該型號(hào)的系統(tǒng)主要以機(jī)架為基礎(chǔ)，屬于中型的控制設(shè)備，該P(yáng)LC系統(tǒng)包含諸多元件，例如控制器、外圍設(shè)備、輸人輸出模塊等等，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了多個(gè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的通信處理器，以太網(wǎng)的接人使系統(tǒng)的運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，進(jìn)而系統(tǒng)中的各個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)了即插即用的效果，同時(shí)與以太網(wǎng)建立可靠連接。在進(jìn)行公用PLC系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí)，首先需要重視對(duì)工程平臺(tái)、后區(qū)、潤(rùn)滑系統(tǒng)以及液壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。PLC系統(tǒng)中的鑄流PLC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)扇形段以及結(jié)晶器的監(jiān)控;儀表PLC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻水、二次設(shè)備以及結(jié)晶器的監(jiān)控;而出坯PLC系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)出坯區(qū)域內(nèi)的相關(guān)設(shè)備監(jiān)控。

4.電氣自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)分析。在進(jìn)行系統(tǒng)機(jī)架組態(tài)的分析時(shí)，重點(diǎn)在于整體的PLC系統(tǒng)機(jī)架配置的合理性，在機(jī)架配置中必須要包含兩部分，分別是主機(jī)架的組態(tài)與擴(kuò)展機(jī)架的組態(tài)。主機(jī)架組態(tài)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的組態(tài)有著指導(dǎo)性的作用，因此必須要進(jìn)行主機(jī)架組態(tài)的完善，首先應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)組態(tài)的實(shí)際分布狀態(tài)，而后采用人工添加的方式進(jìn)行組態(tài)的完善。其次，擴(kuò)展機(jī)架組態(tài)中應(yīng)當(dāng)包含遠(yuǎn)程I/O柜以及網(wǎng)絡(luò)、相應(yīng)設(shè)備的組態(tài)。在進(jìn)行設(shè)備模塊的參數(shù)分析時(shí)，設(shè)備模塊的名稱需進(jìn)行正確描述，對(duì)機(jī)架號(hào)進(jìn)行有效安排，盡可能的選擇最為合理的組態(tài)分布方式。

5.電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。在進(jìn)行系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮到電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用要求，應(yīng)用PLC進(jìn)行連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，應(yīng)用Intouch10.0軟件進(jìn)行HMI程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)控制功能、實(shí)際操作以及工藝流程等程序的合理設(shè)計(jì)。在進(jìn)行二級(jí)生產(chǎn)的程序設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行控制的是整個(gè)生產(chǎn)過程，因此需要從全方位進(jìn)行考慮，例如計(jì)劃安排、數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)等。

三、結(jié)語(yǔ)

總的來說，連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼鐵工程有著重要的意義，應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以在很大程度上提升生產(chǎn)效率，系統(tǒng)具有穩(wěn)定性強(qiáng)、節(jié)能降耗的特點(diǎn)，同時(shí)可以保證鑄坯質(zhì)量。在進(jìn)行連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究和完善時(shí)，應(yīng)認(rèn)識(shí)到人工智能技術(shù)的研究意義，不斷完善PLC程序，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

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