连铸机塞棒自动开浇与液位控制系统的研究

尹忠诚

摘 要：弧形连铸机塞棒自动开浇与液位自动控制系统采用西门子S7400PLC作为基础自动化设备，设定自动开浇五步动作，模仿人工开浇，通过生产试验优化开浇参数。液位调节时，西门子PLC将检测到的液位信号与设定值比较，利用改变增益控制器利用差值来控制塞棒运动，实现全自动开浇。不仅提高铸胚质量，还为改造中国现有连铸机和现代化设计连铸机设备提供数据参数支持。

关键词：连铸机;塞棒;改进

连铸自动化技术的发展是我国计算机产业发展的附带品，在连铸技术发展壮大的同时，我们的浇注技术却相对落后。我国很多连铸机现在仍采用手动开浇。一些大型钢铁企业引进国外先进设备实现自动化开浇技术，很多不完善地方不能及时预见和处理。所以，自主研发自动开浇技术是我们冶金企业的重要工作。

1 西门子PLC在工控系统中的强大作用

①强大的软件编辑和使用实力，独特的WINDOWS视窗界面，西门子PLC具有在组态和编程方面的实用性和广泛性;②模块化设计和庞大的可扩展功能。目前模块化设计是主流方向，PLC领域，德国西门子公司引领潮流和市场趋势。电控领域，模块化和集约化都是各方追求性价比一个主要目的，西门子PLC具有强大可扩展功能，S7-200、300、400、1200或是近年SMART200系列，西门子PLC在主机模块外推出数个乃至数十个扩展模块，供用户选择;③强大的通讯功能。相比其他品牌，西门子PLC有多个通讯口供客户选择，有以太网、485通讯口、变频器通讯USS和MODBUS端口。多端口选择，让用户不用过多考虑西门子PLC使用环境;④多轴控制系统。很多品牌PLC只有双轴驱动系统，西门子SMART200和S7-1200系列，可以驱动三轴系统，跟伺服电机和驱动系统有着天然的匹配能力，其他品牌难以望其项背。目前纺织、造纸、冶金等行业，三轴伺服驱动系统是一个广泛应用的领域，一个自控系统，PLC是十分关键节点作用，PLC选择正确，其他部件选择才有意义，西门子PLC是正确选择，给用户提供完美体验，不用担心PLC无法匹配伺服系统问题。

2 自动开浇控制系统硬件设计

弧形小方坯连铸机，它需要利用一家意大利公司为首钢设计的矩形坯连铸机控制系统基础上进行系统改造。改造之后的弧形连铸机控制系统可编程控制器就是西门子PLC。它替代了原有的直流电机为DC motor MISS6Serie，功率为0.6kW伺服控制系统。

PLC是由电源板、中央处理器、数字输入和信号模板组成。由决定电机的运转方向和运转速度的伺服控制器工作。驱动电机带动塞棒机构升降是由PLC接收液面的实际和设定值的信号，再由中央处理器运算出数据，经过profibus总线传输送达伺服控制器，修改它的控制字进行塞棒升降。液位检测系统是根据结晶钢液面值得高低，产生4-20mA信号，再接入PLC模拟输入模块。

3 塞棒自动开浇设计

钢水进入中间包并达到预定值，塞棒开始五步动作，模仿人工开浇过程。预先设定的开浇参数主要包含：运动步数和每步位置停留时间和这一步到下一步速度;拉矫机拉速从0到正常速度变化模型图;PID调节参数等。相应的实验中，每步时间内塞棒快速到达指定位置，生产中5个步骤不一定全部需要;当液位达到机器开浇所需液位，马上跳至最后一步。其次，拉矫机开始拉坯，速度由快变慢，最后稳定在正常拉速，这时钢水液面得处在规定的额范围值。开浇完成塞棒的功能转位液位自动调节，为保证结晶器液面稳定，不出现拉坯缺陷，程序设定液位变化范围值。

4 液位自动控制系统

液位控制系统主要由以PLC为中心的结晶器液位控制器、位置检测装置、液位的传感器和控制塞棒的伺服控制系统構成。（控制原理如图）

塞棒会控制中间包水口的开度，从而调节了钢水从中间包流入结晶器的量，来维持液面的稳定性。塞棒的位置由信号器液位监视器通过液位测量系统准确的测量结晶器钢水液位高度。这个信号是直接提供给塞棒控制器，再由控制器把信号给伺服控制器，伺服电机作用于塞棒执行机构，来控制钢水从中间包到结晶器的流量，从而达到维持结晶器液面的稳定。

5 全自动开浇实验

实验在4号连铸机4流弧形小方坯连铸机的一流上进行。实验一共进行30次，浇注断面250*360mm，中间包开浇质量为26T，材料为碳钢、低合金钢，力求获得合理的开浇和液面数据参数。钢水流量计算采用VSV通量表。虽然这与实际使用的塞棒有所差距，后观察操作手工开浇的过程，适当放大开浇塞棒的位置，才获得比较合理的参数。

6 结语

液位控制精准度越高、塞棒定位越准确快速，连铸要求的满足度为：正常稳定的状态下，液面控制度为±5mm。自动控制系统能在浇筑过程中因换大包及水口或者液位波动时，可以很快的稳定下来，相对来说自动控制系统的安全性更好、投资低、操作也更简单。

参考文献：

[1]闫鑫英，王丽芳，袁转，程庆新.塞棒自控系统在石钢连铸的应用[J].河北冶金，2002（04）.

[2]阚玉椿，邵明钢.连铸用铝锆炭复合塞棒的研制与使用[J].连铸，1994（03）.

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