连铸机的电气自动化控制系统优化设计研究

王旦

摘 要 文章对连铸机生产运行的工艺流程进行了阐述，以此提出电气自动化控制系统的原理基础;围绕润滑液压分区、铸流控制分区、控制平台分区等方面，对连铸机电气自动化控制系统的基本设计进行了分析;从集散结构设计与系统组态设计两个角度出发，对连铸机电气自动化控制系统的组态设计进行了研究。

关键词 连铸机;PLC设备;自动化控制系统

引言

在炼钢工业中，连铸机承担着重要的工具职能，其并不是单一的机械设备类型，而是集浇钢、切割、收集、输送等多种结构于一体的核心设备体系。做好这一设备体系的电气自动化控制系统设计，对炼钢工业生产效率与质量的发展具有重要意义。

1连铸机电气自动化控制系统的工艺原理

从连铸机的设备结构来讲，其主要包含有结晶装置、冷却装置、切割装置、运输装置、拉坯装置、支撑机构、中间包、钢包等多个部分。在连铸机的实际运行过程中，首先需要将钢液置于钢包当中，并利用运输装置将钢包传送至连铸机主体处，将钢液和钢包灌注转移到中间包当中。其后，中间包的滑水口转动开放，使钢液在引流结构的辅助下进入振动结晶器中，实现坯壳的冷凝成型。在结晶器上下作业的同时，利用冷却装置对钢液实施二次冷却，并按照特定规律喷出雾化水，实现钢液的持续凝固。最后，待铸坯全部凝固后，便可操作尺寸适宜的切割装置对铸坯实施切削处理，并经由辊道输送至连铸机外部，即代表连续铸钢作业的完成。现阶段，智能化、自动化已经成为现代社会各个行业变革发展的主要方向，炼钢工业自然也不例外。所以，以上述工艺流程为原理基础进行电气自动化控制系统的优化设计，具有重要的现实意义[1]。

2连铸机电气自动化控制系统的基本设计

连铸机电气自动化控制系统的主体部分由交流装置、传感装置、电气仪表、电器元件等结构组成，这些结构均受控于PLC自动控制系统，基于特定程序指令进行动作反馈，从而对连铸机的各设备环节做出驱动控制支持。同时，在各类传感装置的功能作用下，自动化控制系统可对连铸机运行过程中的各项控制参数进行动态采集，以此达到不断趋优的控制效果。

在基本设计阶段，应注重连铸机电气自动化控制系统中五个分区的完善落实：

第一，润滑液压分区。该分区主要用于结晶器振动站、集中润滑站、喷射润滑站、水口液压站、液压平台站、液压柱基站等环节的设备控制;第二，铸流控制分区。该分区主要用于压力系統、扇形驱动系统、扇形跟踪系统等环节的设备控制;第三，仪表控制分区。该分区主要用于中间包重量仪表、中间包温度仪表、钢水罐重量仪表、钢水罐温度仪表、中间包氩气流量表、中间包氩气压力表、水冷总管压力表、焦炉氧气流量表、焦炉总管压力表、焦炉总管煤气流量表等环节的设备控制;第四，控制平台分区。该分区主要用于中间包车、加盖机、二次风机、回转台、滑动水口等环节的设备控制。在此平台中，配水控制的流程为“测量信号采集→钢坯断面选择→拉速测量→工作方式选择→自动/手动选择→PID指令输入/手动指令输入→计算MV值/改变MV值→输出控制信号”;第五，控制后台分区。该分区主要用于银锭脱、传送装置、切割装置、辊道称量装置、挡板升降装置、台车横移装置等环节的设备控制。

3连铸机电气自动化控制系统的集散设计

3.1 自动化系统的集散结构设计

连铸机电气自动化控制系统的集散结构设计体系主要包括集中控制层、通信网络层、分散控制层以及信息管理层四个部分。具体来讲：

第一，集中控制层。这一系统层次应包含工程师站、出坯室监控站、切割室监控站、连铸机监控站、操作人员操作站等结构。其中，工程师站主要负责电气自动化控制系统控制程序的编制与修改，操作站主要负责连铸机设备运行状态的人工把控，各监控站主要负责连铸机生产运行中各项参数、各类风险的监视、排查与报警。

第二，通信网络层。这一系统层次是电气自动化控制系统的数据信息传输基础，其主要依托布设于连铸机生产现场的总线，实现以太网控制内网的搭建，进而为各系统环节的交互反馈、数据显示提供条件。为了保证以太网通信功能的发挥质量，应在通信网络层中设计出客户机、服务器、数据库等结构，以实现连铸机生产运行过程中各类工况数据的平台上传、岗位互联与实时存储。此外，还需通过交换机、光纤等通信设备，建立起设备机房、操作室、电气室等场所中计算机操作系统的信息通道，以便相关人员对连铸机运行环境的整体状态进行监控，避免连铸机与自动控制系统发生故障问题。

第三，分散控制层。这一系统层次主要以PLC自动控制中心为核心，应保证连铸机每个部分均装设有针对性的PLC控制器以及温度、流量、压力等传感器设备。例如，在连铸机电气室中，应装设出公用的PLC可视化系统、PLC控制仪表;在出坯操作室中，应装设出PLC切割控制器，并通过圣餐线与其他控制单元相连。同时，还应在现场布设控制柜、I/O柜等设备，以确保为PLC控制器的通信交互、连锁反馈提供出优质环境条件。

第四，信息管理层。这一系统层次主要用于连铸机生产运行、自动控制中相关数据的记录、存储与处理，并实现连铸机上下游环节的信息传递，以此推动炼钢企业整体生产活动的决策优化与管控发展。在进行信息管理层的设计时，相关人员应将自动化工厂服务系统、计算机管理系统以及企业办公系统纳入到方案体系当中。

3.2 自动化系统的控制组态设计

在自动化系统的控制组态设计中，相关人员首先需要对自动化系统的配置进行设计。从目前来看，可选用PLC-5系列处理器作为以太网环境下的自动控制中心，再结合实际情况设置出1个主机架和若干个远程机架，并利用ControlNet实现各机架的互联。对于连铸机的辊道控制，可将变频器作为主要工具。其后，相关人员应对连铸机的各机构进行模块化处理，编制出适当的模块名称、机架槽号，并根据设备运行性能输入偏移量、滤波时间、偏移量等模拟量;最后，还需对机架组态进行控制，主要包括网络组态、设备挂件组态以及I/O柜组态三个部分。

4结束语

总而言之，连铸机的结构组成、工艺流程均具有很强的复杂性。所以，相关人员在基于PLC技术进行电气自动化控制系统的设计时，也应做好多环节、协调化的分别设计与系统配置，以达到信息畅通、一体联动的控制实践效果。

参考文献

[1] 朱英华.浅谈连铸机的电气自动化控制系统优化设计[J].电子测试，2020（10）：102-103.