浅析PLC在板坯连铸机自动化控制系统中的应用

李 政

武钢集团昆明钢铁股份有限公司炼钢厂，云南 昆明 650302

随着我国板坯连铸产业的不断发展，其对自动化控制的水平也在相应的提高。企业要想在日趋激烈的市场竞争中占有一席之地，只有努力提高自身生产的效率，提高生产的自动化水平成为了潜在的需求。在现今钢铁行业中的一级自动化控制系统之中，可以采用的可编程控制器品牌相当多，例如：西门子S7系列、施奈德系列、东芝GE系列以及AB系列等，其中每一个公司的PLC都具有各自不同的特点及特性。下面以西门子S7系列的可编程控制器为例，对PLC在板坯连铸机控制系统中的应用进行了一定的论述。

1 板坯连铸机的工艺流程

在转炉中产生的合格钢水首先装在一个钢包之中，然后经过天车将钢包调至回转台之上。然后开启回转台，将钢包旋转至浇铸位的中间罐车的上方，待滑动水口安装之后，经过称重及测温操作，将钢包打开，钢水注入中间的罐车之中。通过中间罐可以有效的降低钢水的静压力，对钢水进行分流与净化，它是钢水进入结晶容器的最后一个冶金反应器。待中间罐中的钢水液面达到一定的高度之后，将塞棒打开，将其中的钢水注入结晶容器之中。其中，结晶器是钢水凝固成型的关键设备，因此其出口必须具有足够且均匀的坯壳厚度，确保不会出现拉漏现象。在结晶器中的钢水液面距其上口大概80mm～l00mm的时候，将拉矫机及结晶器振动机构启动，同时开启二冷喷水阀与结晶器稀油润滑装置。起步拉速可以设为0.3m/min左右，在保持30s时间以后再缓慢的提高速度，经过1min后可以达到正常拉速的一半，2min后达到正常拉速的90%，之后再根据中间罐的钢水温度来设定拉速。当拉矫机启动之后，引锭杆将随铸坯同时拉出扇形段，同时对引锭杆的头部进行实时的跟踪，控制驱动辊的压下与抬起，确保铸坯与引锭杆相配合，顺利的拉出扇形段。当引锭杆与铸坯相互分离之后，再通过辊道将铸坯输送到存放台架之上。待铸坯达到设定的基本尺寸之后，采用火焰切割机对之进行定尺切割，然后再将之输出到辊道，最终将之运送到指定的存放区域。

2 总体控制要求及功能

板坯连铸机自动化控制的总体要求是针对于整个连铸机的生产过程而言，尤其是对送引锭过程及浇注过程中的二冷水配水过程进行自动控制与调节，在确保整个生产过程实现高度自动化的同时，尽可能的提高铸坯的表面质量。当中央控制室发出相应的上传指令后，还能够将整个生产线上的实时数据及相关的工艺参数，诸如水量、水温以及电流等上传到公司的中控室中，具体的实现功能如下。

2.1 控制操作功能

在中央控制室即可以对诸如设备的停起，模拟输出量的调节，实时的对PLC的相关参数设置等进行实时操控，同时还提供有机旁控制操作，当需要对设备进行维修时能就地进行控制。

2.2 显示功能

通过形象的画面对生产现场的各个设备的运行进行实时的显示，并以数据的形式反映出来。

2.3 数据管理

在生产的过程中要数据的重要程度以及变化的快慢程度，建立其生产过程的数据库，通过对生产数据的存储来给以后可能的统计分析提供依据。例如为了精确的完成对浇注过程中中间罐、结晶器的使用跟踪与记录，尽快的让操作人员熟悉设备的使用情况，可以根据历史数据进行比较和分析，得到相关的精确结果。

2.4 报警功能

当生产线中的某一个模拟量值超出设定的限度后，限位开关或者压力开关将发生动作，之后根据不同的情况发出不同等级的警报。

3 系统的基本构成

由于扳坯连铸机的工作线较长，大部分的设备分布局部比较集中，一般采用PROFIBUS现场总线技术。有效的避免了要将所有的电缆敷设到中央控制室的PLC上，减少了施工工作量。在本系统中，控制系统一共设立3个主站，8个远程站，3个工作站，选用SIMATIC S7-400系列的PLC。主站采用CPU416-2DP。而远程站所采用的为西门子ET20014系列模块，完成整个现场数据的采集与控制。

整个控制系统分为3个级别：现场级（L1）、控制级（L2）、管理级（L3）。

3.1 管理级

管理级即从生产定单开始，主要包括生产合同的处理，相关控制参数的设计，各操作工序的计划、监控等，将作业计划从炼钢、连铸、热轧及冷轧的设置，直到完成商品的整个调度与控制。管理级在计算机管理与控制一体化系统间起到承上启下的作用，面向的是整个过程的生产、经营活动，起到的是桥梁与纽带的作用。

3.2 控制级

为了有效的提高板坯的质量、增加金属的利用率、确保安全生产，需要设置板坯连铸机计算机系统，也就是过程控制系统。它的功能不仅在于对整个连铸生产进行综合监控及管理，同时还作为三级管理计算机系统与基层管理系统的纽带，起到基础性作用。

3.3 现场级

在现场的设置过程中，采用就近采集及单元控制作为划分区域的基本原则。其中，需要在主电气室中设置三个公用PLCl、铸流PLC2经济仪表PLC3。在大包浇注平台上设置0S5远程站，在浇注平台上设置0S1、LC007、LC0083个远程站，而在液压站需设置LC035、VTl远程站，在配水室的外墙壁设置LC020远程站，在切割操作室中设置0S3远程站。在现场主站及远程站两者之间需采用PROFIBUS现场总线通讯的方式。主站的PLC主要由电源模块PS407、CP443-2、CPU416-2DP，通讯接口模块以及相应的信号模块SM与FM组成。对于远程站则主要采用ET200M系列远程控制单元，它主要是由IMl53-2接口模块以及若干数字量及模拟量信号模板构成的。

[1]刘松.SIEMENS系列PLC在板坯连铸机自动化控制系统中的应用[D].第八届全国连铸学术会议论文集，2007.

[2]白建辉.西门子PLC在板坯连铸机的应用[J].河北冶金，2009(4).