連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
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關(guān)鍵詞：連鑄機(jī)；電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)
1連鑄機(jī)工藝流程
在對(duì)連鑄機(jī)的使用環(huán)節(jié)中，一般會(huì)用到的器材包括震動(dòng)結(jié)晶器、冷卻二次裝置、直接拉坯橋等[1]，當(dāng)結(jié)晶器出口的胚殼厚度達(dá)到規(guī)定范圍時(shí)，便可以使用拉坯機(jī)和振動(dòng)結(jié)晶器，使得含有液態(tài)鋼的鑄坯與夾錕連接，促使導(dǎo)向弧的形成。在澆鑄過(guò)程中，對(duì)液態(tài)鋼的裝卸需要用到運(yùn)載鋼包裝置，將液態(tài)鋼倒入連鑄機(jī)中，然后將鋼水由底部進(jìn)水口導(dǎo)入中間包。在對(duì)鋼水的冷卻過(guò)程中，需要先將包塞中間棒打開(kāi)，使鋼水流入下水口并用引錠桿頭堵住，在冷凝結(jié)晶器中進(jìn)行冷凝結(jié)晶并形成坯殼。在鑄坯過(guò)程中，需要進(jìn)行再次冷卻，一般使用霧化水進(jìn)行冷卻，使得鋼液進(jìn)一步冷卻凝固。一旦引錠桿越過(guò)扇形段，便會(huì)脫離于鑄坯，這需要在鋼液完全冷凝后進(jìn)行矯直。在對(duì)鑄坯的切割中，需要用到規(guī)范的切割裝置，待切割完成后，將凝固的鋼液運(yùn)送出來(lái)。
2連鑄機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在連鑄機(jī)的電氣化自動(dòng)控制系統(tǒng)中，一般包括傳動(dòng)交流裝置、電氣元件、智能儀表等，在PLC控制系統(tǒng)的支持下，實(shí)現(xiàn)各儀器之間的信息傳輸，對(duì)連鑄過(guò)程的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行有效的監(jiān)控與處理。連鑄機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)具體可以分為以下幾個(gè)系統(tǒng)：
2.1液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)
在液壓系統(tǒng)中，又可細(xì)分為維修液壓系統(tǒng)、出坯液壓系統(tǒng)、結(jié)晶液壓系統(tǒng)和液壓主系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的主要功能便是通過(guò)配備的液壓傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控連鑄過(guò)程中鋼液的壓力大小，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)，相關(guān)專業(yè)人員可以通過(guò)鋼液的實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析總結(jié)，根據(jù)液壓數(shù)據(jù)對(duì)連鑄過(guò)程進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證液壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，有利于連鑄過(guò)程的順利進(jìn)行。在潤(rùn)滑系統(tǒng)中，主要是進(jìn)行潤(rùn)滑脂的分配，確保在連鑄過(guò)程中鑄坯在錕道轉(zhuǎn)換中引起劃痕，而潤(rùn)滑系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，有條不紊的進(jìn)行潤(rùn)滑脂分配，保證了連鑄過(guò)程中供脂的穩(wěn)定性。
2.2鑄流控制系統(tǒng)
一般控制結(jié)晶器等部分，包括結(jié)晶震動(dòng)裝置、下液壓裝置、壓力系統(tǒng)等[2]，在進(jìn)行澆鑄時(shí)，就可以在電氣化自動(dòng)系統(tǒng)的幫助下，對(duì)澆鑄的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行反饋，更加精確的檢測(cè)結(jié)晶器的穩(wěn)定性、液面控制等，提高連鑄過(guò)程中鑄坯的生產(chǎn)效率。
2.3后臺(tái)控制系統(tǒng)
后臺(tái)控制一般包括后部錕道、出坯設(shè)備的控制等，其主要設(shè)備由對(duì)中裝置升降擋板、切割設(shè)備、脫引錠設(shè)備等，在連鑄過(guò)程中，后臺(tái)設(shè)備的各種參數(shù)需要更加的精密，測(cè)定的參數(shù)也比較多，這便需要更加先進(jìn)的儀表設(shè)備，通過(guò)參數(shù)設(shè)定精確的切割車軌道，保證切割槍的精確操作，使得切割的鋼材有較高的精確度，提升鋼材質(zhì)量。
2.4平臺(tái)控制系統(tǒng)
一般為澆筑設(shè)備，包括中間包、鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)、結(jié)晶排煙風(fēng)機(jī)等，通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行中間包移動(dòng)、鋼水運(yùn)送等。配水流程優(yōu)化圖見(jiàn)圖1。
2.5儀表控制系統(tǒng)
儀表主要用于檢測(cè)中間包、鋼水罐、冷卻水水管和焦?fàn)t的溫度，鋼水罐和中間包的重量，焦?fàn)t氧氣、中間包氬氣、冷卻水、焦?fàn)t總管煤氣的流量與壓力，以及降溫結(jié)晶器的水溫差等相關(guān)設(shè)備參數(shù)。在對(duì)連鑄機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，本文通過(guò)鋼鐵工業(yè)與加工工藝的實(shí)際需求，將其設(shè)置為分散控制的集散控制系統(tǒng)、集中操作等，在主控制系統(tǒng)中，又設(shè)置液壓潤(rùn)滑、后臺(tái)控制、鑄流控制等系統(tǒng)的子系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)作進(jìn)行嚴(yán)格的管理控制，詳細(xì)優(yōu)化見(jiàn)圖2。
3集散系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1PCL配置
（1）PCL自動(dòng)化系統(tǒng)的配置在PLC系統(tǒng)中，一般包括模擬量系統(tǒng)、輸出與輸入系統(tǒng)、控制器等，是通過(guò)中型機(jī)架控制系統(tǒng)構(gòu)成[3]。以PLC-6系列的處理器為基礎(chǔ)設(shè)備，在以太網(wǎng)為載體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，達(dá)到對(duì)各種儀器設(shè)備的連接。PLC儀表用于對(duì)各種各樣的冷卻設(shè)備的控制與測(cè)定；公用PLC主要功能為控制和檢驗(yàn)潤(rùn)滑設(shè)備、平臺(tái)設(shè)備與后臺(tái)設(shè)備；鑄流PLC主要作用是對(duì)結(jié)晶器與扇形段進(jìn)行控制與測(cè)定；而出坯區(qū)設(shè)備的控制與檢測(cè)則需要用到PLC出坯區(qū)，例如出坯區(qū)如何配置、臺(tái)車橫移輥道如何運(yùn)行、對(duì)象的多個(gè)控制等，其中的主要器材夠成為：主機(jī)架、遠(yuǎn)程機(jī)架，在進(jìn)行對(duì)機(jī)架之間的連接時(shí)，則需要用到ControlNet，并且還需要對(duì)所有輥道設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)與控制，這里需要安裝多個(gè)變頻器。
（2）PLC自動(dòng)化系統(tǒng)的組態(tài)首要要進(jìn)行模塊參數(shù)的分析與設(shè)置，模塊參數(shù)一般用于對(duì)機(jī)架槽號(hào)與相關(guān)模塊名稱的編寫(xiě)，需要選擇合適的編寫(xiě)方式。按照模擬量的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行輸入部分與輸出部分的數(shù)據(jù)分析，再進(jìn)行濾波時(shí)間、偏移量、類型信號(hào)等指標(biāo)的模擬輸入。在組態(tài)機(jī)架的過(guò)程中，可應(yīng)用自動(dòng)化PLC機(jī)架設(shè)備，一般組成為組態(tài)機(jī)架、擴(kuò)展機(jī)架等，在對(duì)主機(jī)架的組裝過(guò)程中，其分布需要按照所有模塊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，然后通過(guò)背板對(duì)模塊的逐一添加。在擴(kuò)展機(jī)架的內(nèi)容中，一般分為掛機(jī)組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、IO柜遠(yuǎn)程組態(tài)等。
3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化
（1）通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)在對(duì)分散系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，通過(guò)場(chǎng)地的總線纜在以太網(wǎng)的作用下進(jìn)行信息傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)地的實(shí)時(shí)監(jiān)控，信息上傳與指令下達(dá)。在這一過(guò)程中，可以分為數(shù)個(gè)網(wǎng)絡(luò)段，在光纖與交換機(jī)的結(jié)合下將電氣室、操作室、機(jī)房進(jìn)行數(shù)據(jù)共享連接，實(shí)現(xiàn)信息的相互傳遞。借助以太網(wǎng)，建立HMI系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能操作，通過(guò)操作員站的客戶機(jī)將上傳的數(shù)據(jù)信息顯示出來(lái)，操作員根據(jù)實(shí)際情況輸入相應(yīng)的信息，并上傳到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器進(jìn)行信息傳輸，自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、客戶機(jī)等之間的通信需要建立數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器來(lái)完成。
（2）集中監(jiān)控優(yōu)化設(shè)計(jì)一般由顯示工程師操作站、切割室計(jì)算機(jī)、監(jiān)控出坯室等組成，在操作站中，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程與設(shè)備運(yùn)行情況，通過(guò)提前設(shè)定規(guī)范的數(shù)據(jù)，一旦生產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題便會(huì)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并處理。在工程師站中，一般是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行編制。
（3）分散過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì)在出坯室配備PLC切割，在連鑄電氣室配備鑄流、PLC儀表、公用PLC等，在連鑄生產(chǎn)線上安裝智能調(diào)節(jié)裝置與監(jiān)控設(shè)備等，在連鑄生產(chǎn)線的各個(gè)控制室中配備PCL進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制器之間的信號(hào)傳輸，并進(jìn)行指令，實(shí)現(xiàn)總數(shù)據(jù)線在上位機(jī)上的信息傳輸。
（4）綜合信息優(yōu)化設(shè)計(jì)綜合信息系統(tǒng)一般包括計(jì)算機(jī)管理、辦公系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)等，以服務(wù)器和操作站為載體，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理，并將操作歷史進(jìn)行有效記錄，完成連鑄過(guò)程中上游與下游的通信，這樣不僅可以對(duì)連鑄過(guò)程的生產(chǎn)情況進(jìn)行有效的上傳并分析，根據(jù)實(shí)際情況制定好合理的生產(chǎn)計(jì)劃，有利于連鑄過(guò)程的高效進(jìn)行。
4結(jié)語(yǔ)
連鑄是鋼鐵生產(chǎn)中的重要步驟，其自動(dòng)化程度直接關(guān)系到鋼鐵工業(yè)的耗能費(fèi)用與鋼鐵的成品質(zhì)量，也是體現(xiàn)生產(chǎn)線先進(jìn)程度的重要標(biāo)志。隨著大部分鋼鐵企業(yè)對(duì)連鑄機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能顯著的降低生產(chǎn)耗能與成本費(fèi)用，也使得鋼鐵生產(chǎn)線的效率大大提高，并且保證了生產(chǎn)流程的有序進(jìn)行，提高了生產(chǎn)過(guò)程的系統(tǒng)穩(wěn)定性。在連鑄機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，還需要針對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，完善PLC程序，進(jìn)一步提高自動(dòng)化水平，以提高鑄坯生產(chǎn)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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作者：朱英華 單位：山信軟件股份有限公司萊蕪自動(dòng)化分公司