新型程序控制喂线机的研制

谭 枫

(黑龙江省冶金研究所，哈尔滨150040)

在现代炼钢技术中，炉外精炼应用非常广泛，喂线技术是炉外精炼技术中的重要手段之一，具有投资少、见效快的特点，可以对钢水进行微合金化处理，对精炼钢水提质降耗作用显著。“十一·五”期间，我国的主要钢铁企业己基本实现了设备换代、工艺升级、质量提档的技术跨越，大型钢企已经完成由粗放型发展模式向质量和品种要效益的成功转型，这对喂线技术提出了更高的要求。提高喂线技术的自动化和网络化水平，快速、精确完成对钢包中钢液的喂线处理，实现喂线控制与炼钢流程无缝化对接，达到预期的冶炼控制目标。

1 程序控制喂线机主要技术特点

喂线处理作为精炼的最后一道工序对后序连铸及钢水质量控制至关重要，保证喂线设备正常运行是精炼—连铸生产顺行的关键。近年来，随着炼钢技术发展和炼钢设备的不断更新换代，尤其是钢包的大型化和处理过程的自动化，早期的喂线设备自动化程度不高，不能与中央计算机联网控制，难以满足生产工艺过程和管理上的要求，喂线处理的自动化和网络化成为喂线技术发展的必然趋势。基于这一理念对程序控制喂线机提出了如下技术要求:(1)提高气动系统的密封性，完成动作迅速快捷。(2)采用PLC控制，与上位机进行联网，及时、准确采集数据信息。(3)人机界面采用触摸屏，操作直观方便。(4)调速采用变频调速方式，使喂线速度10～600m/min无极可调。有了上述的技术保障，喂线操作更加便捷，喂线可靠性和稳定性都得到了提高。

2 程序控制喂线机机械部分设计要求

调整咬入轮直径，增加咬入角，增强咬入力，设置六气缸压下采用气动系统控制喂线轮升降。采用电动方式完成机体前后移动及整体360度的机构转动。用传感器检测钢包喂线工位，首先使喂线机达到喂线工位，导线装置到达合适位置，通过延时夹紧芯线和延时控制起动喂线系统，起动调速装置，自动调整喂入量、喂线速度设置，进入喂线状态。喂线结束后，芯线自动退后一定长度，导管装置升起，喂线机退到合适位置。为了满足不同现场需求，导管升降装置也可采用电动方式，喂线管在0～70度水平旋转和在0～30度升降，使导管在任一角度喂线，以上整个过程采用计算机自动实现，喂线机整体结构见图1。

图1 程序控制喂线机整体结构示意图

3 喂线机PLC控制系统

程序控制喂线机采用PLC进行控制。由于PLC把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器接触器控制系统的控制简单、使用方便、价格便宜等优点集于一身，又具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性好等特点。因此选用PLC作为程序控制喂线机的控制器可靠性高，编程方便，比传统的继电器模式功能强大。喂线机采用了紧凑型CPU 314C－2DP，自带PROFIBUS－DP和MPI网络端口，即满足了生产需求，又为以后的功能扩展留有余量。使用软件STEP 7来编制，设置了14个定时器来控制各步的延时时间，PLC与变频器之间通过PROFIBUS－DP进行连接，按照结构化的编程方式，分别编制了手动功能块、动作可定制自动功能块以及报警功能块。主程序的流程图如图2。

4 程序控制喂线机人机界面的设计

图2 PLC控制系统主程序框图

传统喂线机控制是用按钮、开关和指示灯等做人机界面装置，它们提供的信息量少，而且操作困难，需要熟练的操作人员来操作。如果用七段数字显示数字，用拨码开关输入参数，占用PLC的I/O点数多，硬件成本高，有时还需要自制印刷电路板。而程序控制喂线机是人机界面进行具体操作，采用西门子TP－277A触摸屏方式实现。西门子触摸屏TP－277具有以下优点:(1)可靠性高，正面防护等级为IP65。(2)通用性强，大多数HMI设备基于Windows CE操作系统。(3)接口丰富，可以连接各主要生产厂家的PLC。

触摸屏采用WinCC flexible进行编程设计，WinCC flexible具有开放简易的扩展功能，带有Visual Basie脚本功能，集成了AcitiveX控件，可以将人机界面集成到TCP/IP网络。PLC和触摸屏采用MPI(MultiPoint Interface)通讯方式。MPI网络的通信速率为19.2kbit/s～12Mbit/s，通常默认设置为187.5kbit/s。

5 程序控制喂线机通信系统设计

程序控制喂线机采用西门子PLC 300，可以与上位机进行工业以太网、MPI、PROFIBUS等方式的通讯，以实现上位机与程序控制喂线机进行远程操作以及喂线数据的上传与下传(系统网络连接结构如图3)。控制系统采用控制与操作分离的方式，PLC和变频器等控制器件放在控制柜内，安放在控制室，保证了系统的可靠运行。操作箱放在现场喂丝机旁，保证了操作的及时性。

图3 网络结构示意图

6 结语

程序控制喂线机的成功研制开发，将喂线处理与整体冶金工艺流程有机地融为一体，喂线处理效果更好，效率更高。程序控制喂线机在多家钢厂进行了现场试验应用，每炉喂入芯线长度近千米，喂入速度设定在400m/min左右，在操作室内进行远程喂线处理操作，程序控制喂线机操作方便简单，实际操作动作准确无误。程序控制喂线机的应用，大大地优化了炉外精炼工艺，提高了产品质量，增加了经济效益，使炼钢精炼技术又上了一个新台阶。