連鑄機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

王旦

摘 要 文章對(duì)連鑄機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行的工藝流程進(jìn)行了闡述，以此提出電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的原理基礎(chǔ);圍繞潤滑液壓分區(qū)、鑄流控制分區(qū)、控制平臺(tái)分區(qū)等方面，對(duì)連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析;從集散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞 連鑄機(jī);PLC設(shè)備;自動(dòng)化控制系統(tǒng)

引言

在煉鋼工業(yè)中，連鑄機(jī)承擔(dān)著重要的工具職能，其并不是單一的機(jī)械設(shè)備類型，而是集澆鋼、切割、收集、輸送等多種結(jié)構(gòu)于一體的核心設(shè)備體系。做好這一設(shè)備體系的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)煉鋼工業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量的發(fā)展具有重要意義。

1連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的工藝原理

從連鑄機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)來講，其主要包含有結(jié)晶裝置、冷卻裝置、切割裝置、運(yùn)輸裝置、拉坯裝置、支撐機(jī)構(gòu)、中間包、鋼包等多個(gè)部分。在連鑄機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中，首先需要將鋼液置于鋼包當(dāng)中，并利用運(yùn)輸裝置將鋼包傳送至連鑄機(jī)主體處，將鋼液和鋼包灌注轉(zhuǎn)移到中間包當(dāng)中。其后，中間包的滑水口轉(zhuǎn)動(dòng)開放，使鋼液在引流結(jié)構(gòu)的輔助下進(jìn)入振動(dòng)結(jié)晶器中，實(shí)現(xiàn)坯殼的冷凝成型。在結(jié)晶器上下作業(yè)的同時(shí)，利用冷卻裝置對(duì)鋼液實(shí)施二次冷卻，并按照特定規(guī)律噴出霧化水，實(shí)現(xiàn)鋼液的持續(xù)凝固。最后，待鑄坯全部凝固后，便可操作尺寸適宜的切割裝置對(duì)鑄坯實(shí)施切削處理，并經(jīng)由輥道輸送至連鑄機(jī)外部，即代表連續(xù)鑄鋼作業(yè)的完成?，F(xiàn)階段，智能化、自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)各個(gè)行業(yè)變革發(fā)展的主要方向，煉鋼工業(yè)自然也不例外。所以，以上述工藝流程為原理基礎(chǔ)進(jìn)行電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)

連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主體部分由交流裝置、傳感裝置、電氣儀表、電器元件等結(jié)構(gòu)組成，這些結(jié)構(gòu)均受控于PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，基于特定程序指令進(jìn)行動(dòng)作反饋，從而對(duì)連鑄機(jī)的各設(shè)備環(huán)節(jié)做出驅(qū)動(dòng)控制支持。同時(shí)，在各類傳感裝置的功能作用下，自動(dòng)化控制系統(tǒng)可對(duì)連鑄機(jī)運(yùn)行過程中的各項(xiàng)控制參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集，以此達(dá)到不斷趨優(yōu)的控制效果。

在基本設(shè)計(jì)階段，應(yīng)注重連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中五個(gè)分區(qū)的完善落實(shí)：

第一，潤滑液壓分區(qū)。該分區(qū)主要用于結(jié)晶器振動(dòng)站、集中潤滑站、噴射潤滑站、水口液壓站、液壓平臺(tái)站、液壓柱基站等環(huán)節(jié)的設(shè)備控制;第二，鑄流控制分區(qū)。該分區(qū)主要用于壓力系統(tǒng)、扇形驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、扇形跟蹤系統(tǒng)等環(huán)節(jié)的設(shè)備控制;第三，儀表控制分區(qū)。該分區(qū)主要用于中間包重量儀表、中間包溫度儀表、鋼水罐重量儀表、鋼水罐溫度儀表、中間包氬氣流量表、中間包氬氣壓力表、水冷總管壓力表、焦?fàn)t氧氣流量表、焦?fàn)t總管壓力表、焦?fàn)t總管煤氣流量表等環(huán)節(jié)的設(shè)備控制;第四，控制平臺(tái)分區(qū)。該分區(qū)主要用于中間包車、加蓋機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、回轉(zhuǎn)臺(tái)、滑動(dòng)水口等環(huán)節(jié)的設(shè)備控制。在此平臺(tái)中，配水控制的流程為“測(cè)量信號(hào)采集→鋼坯斷面選擇→拉速測(cè)量→工作方式選擇→自動(dòng)/手動(dòng)選擇→PID指令輸入/手動(dòng)指令輸入→計(jì)算MV值/改變MV值→輸出控制信號(hào)”;第五，控制后臺(tái)分區(qū)。該分區(qū)主要用于銀錠脫、傳送裝置、切割裝置、輥道稱量裝置、擋板升降裝置、臺(tái)車橫移裝置等環(huán)節(jié)的設(shè)備控制。

3連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集散設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)化系統(tǒng)的集散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系主要包括集中控制層、通信網(wǎng)絡(luò)層、分散控制層以及信息管理層四個(gè)部分。具體來講：

第一，集中控制層。這一系統(tǒng)層次應(yīng)包含工程師站、出坯室監(jiān)控站、切割室監(jiān)控站、連鑄機(jī)監(jiān)控站、操作人員操作站等結(jié)構(gòu)。其中，工程師站主要負(fù)責(zé)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制程序的編制與修改，操作站主要負(fù)責(zé)連鑄機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的人工把控，各監(jiān)控站主要負(fù)責(zé)連鑄機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行中各項(xiàng)參數(shù)、各類風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)視、排查與報(bào)警。

第二，通信網(wǎng)絡(luò)層。這一系統(tǒng)層次是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸基礎(chǔ)，其主要依托布設(shè)于連鑄機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的總線，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)控制內(nèi)網(wǎng)的搭建，進(jìn)而為各系統(tǒng)環(huán)節(jié)的交互反饋、數(shù)據(jù)顯示提供條件。為了保證以太網(wǎng)通信功能的發(fā)揮質(zhì)量，應(yīng)在通信網(wǎng)絡(luò)層中設(shè)計(jì)出客戶機(jī)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫等結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行過程中各類工況數(shù)據(jù)的平臺(tái)上傳、崗位互聯(lián)與實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。此外，還需通過交換機(jī)、光纖等通信設(shè)備，建立起設(shè)備機(jī)房、操作室、電氣室等場(chǎng)所中計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的信息通道，以便相關(guān)人員對(duì)連鑄機(jī)運(yùn)行環(huán)境的整體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，避免連鑄機(jī)與自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障問題。

第三，分散控制層。這一系統(tǒng)層次主要以PLC自動(dòng)控制中心為核心，應(yīng)保證連鑄機(jī)每個(gè)部分均裝設(shè)有針對(duì)性的PLC控制器以及溫度、流量、壓力等傳感器設(shè)備。例如，在連鑄機(jī)電氣室中，應(yīng)裝設(shè)出公用的PLC可視化系統(tǒng)、PLC控制儀表;在出坯操作室中，應(yīng)裝設(shè)出PLC切割控制器，并通過圣餐線與其他控制單元相連。同時(shí)，還應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)控制柜、I/O柜等設(shè)備，以確保為PLC控制器的通信交互、連鎖反饋提供出優(yōu)質(zhì)環(huán)境條件。

第四，信息管理層。這一系統(tǒng)層次主要用于連鑄機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行、自動(dòng)控制中相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)與處理，并實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)上下游環(huán)節(jié)的信息傳遞，以此推動(dòng)煉鋼企業(yè)整體生產(chǎn)活動(dòng)的決策優(yōu)化與管控發(fā)展。在進(jìn)行信息管理層的設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)將自動(dòng)化工廠服務(wù)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)以及企業(yè)辦公系統(tǒng)納入到方案體系當(dāng)中。

3.2 自動(dòng)化系統(tǒng)的控制組態(tài)設(shè)計(jì)

在自動(dòng)化系統(tǒng)的控制組態(tài)設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員首先需要對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的配置進(jìn)行設(shè)計(jì)。從目前來看，可選用PLC-5系列處理器作為以太網(wǎng)環(huán)境下的自動(dòng)控制中心，再結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置出1個(gè)主機(jī)架和若干個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)架，并利用ControlNet實(shí)現(xiàn)各機(jī)架的互聯(lián)。對(duì)于連鑄機(jī)的輥道控制，可將變頻器作為主要工具。其后，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)連鑄機(jī)的各機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊化處理，編制出適當(dāng)?shù)哪K名稱、機(jī)架槽號(hào)，并根據(jù)設(shè)備運(yùn)行性能輸入偏移量、濾波時(shí)間、偏移量等模擬量;最后，還需對(duì)機(jī)架組態(tài)進(jìn)行控制，主要包括網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、設(shè)備掛件組態(tài)以及I/O柜組態(tài)三個(gè)部分。

4結(jié)束語

總而言之，連鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、工藝流程均具有很強(qiáng)的復(fù)雜性。所以，相關(guān)人員在基于PLC技術(shù)進(jìn)行電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，也應(yīng)做好多環(huán)節(jié)、協(xié)調(diào)化的分別設(shè)計(jì)與系統(tǒng)配置，以達(dá)到信息暢通、一體聯(lián)動(dòng)的控制實(shí)踐效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱英華.淺談連鑄機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試，2020（10）：102-103.