浅谈PLC在连铸机的应用与改进

【摘 要】本文主要介绍了唐钢唐银钢铁公司小方坯连铸的自动化系统的组成和应用，以及在生产过程中的改进与完善。

【关键词】连铸机；PLC；WINCC；变频器；PROFIBUS DP

0 前言

随着自动化技术的不断发展，其在连铸机的应用也得到了很大进步。唐山钢铁钢唐银公司小方坯连铸机采用的是全弧形，R8m半径，连续矫直、铸坯全水冷却及900mm长结晶器。本文唐山钢铁唐银公司八机八流小方坯连铸机自动化控制方面的应用以及生产过程中遇到的问题及改进。

1 自动控制系统的组成

唐山钢铁唐银公司八机八流小方坯连铸机自动控制系统，采用了先进的“基础自动化和过程两个阶段的计算机集成控制结构，构成一套完整的功能集成控制系统。电气仪表一体化设计采用基础自动化系统，主要由监控操作站，过程控制和PLC通信总线等。一操室是用两台工业控制电脑，用来互为备机，一个用来显示1-4流，另外用来显示5-8流，方便操作人员的操作和监控。

整个控制系统使用1个SIEMENS S7 315-2DP的CPU作为公共PLC，其余各流分别采用一个S7 315-2DP的PLC，这8台PLC用来采集生产过程的温度、压力、流量、电流等过程参数，以及各个逻辑数字信号，通过编程器，编成梯形图和语句表，下载到CPU的RAM中去，然后再经过Profibus-DP网络传送到各个驱动变频器中去。

连铸机周围也使用了很多的不同类型的传感器，比如：光电开关、接近开关，北京中远通的非接触式定尺控制系统，所有信号都传送到各流的PLC集中控制，主操室还设有2台液晶操作电脑，应用软件为SIEMENS公司的Wincc系统，整个控制系统如图1所示。

图1 桥梁模式结构图

2 控制系统功能

2.1 大包回转台控制系统

大包回转台位于大包回转台操作箱所在的的平台上，所有的输入信号都通过控制电缆接到的PLC模块的公共部分，模块通过PROFIBUS- DP网络连接到钢包回转台变频器，从而实现控制钢包回转台的目的。按下回转台旋转按钮，回转台电机慢速启动， 编码器计数送入PLC的控制一定的加速过程后全速回转，全速回转后减速到停止；钢包回转台每转一圈，行程开关LS021和LS022用于编码器清零。同时位置可由1#臂、2#臂接收位置行程开关LS021 、1#臂、2#臂浇铸位置行程开关LS022判定，设置其位置显示灯。

2.2 二冷水系统的PID调节控制

小方坯的二冷水分配是最重要的环节的，生产不同断面的钢坯对应不一样的二冷水水量，否则会直接影响铸坯的生产质量，唐银连铸机在每个流的PLC程序内分别编制了二冷水的0段、1段、2段的PID自动闭环控制来控制调节阀的开度，从而实现自动配水，并在Wincc画面上对应各个分区分别设有自动、手动2种配水控制方式按钮，在自动的情况下，二冷水流量自动通过设置好的配方，通过通信数据块传给各流的PLC，由PLC输出4-20mA信号来驱动电动调节阀的开度，从而实现水流量的控制。手动调节，操作员直接在画面上调节阀门的0-100的开度即可。

2.3 二冷水配方选择功能

在二冷水打到自动运行的情况下，流量的配方的选择通过WINCC画面编辑好的配方，下载到各流的PLC来实现的。在wincc仪表检测流程图上点击“选择断面”按钮，将弹出断面选择框，有165×165、165×225、165×280的按钮，直接选择即可。在选择断面按钮下方，还有一个“配方选择”，这里提供了，所选断面的配水数据。这些数据就是通过画面，再通过工业以太网传送到PLC中去的，从而实现对二冷水配水的控制。

2.4 振动、拉矫自动控制系统

拉坯的速度的设定是用浇钢箱上面的的一个4.7K欧姆电位器来调节的，通过电位器产生的电压0-10V，再经过电流隔离器，转变成标准的4-20mA信号输送到PLC模拟量输入模块中去， PLC根据送入模拟量信号的大小再经过Profibus-DP通讯来控制变频器拉输出不同的频率来控制电机的转速，从而实现控制拉速的目的。振动系统通过公式F=AV+B，V为拉矫机的拉速，PLC通过计算这个公式，来控制振动变频器的频率，变频器再输出不同频率来控制振动电机，从而实现拉速和振动参数的匹配。

2.5 火切机切割系统

当钢坯从拉矫机出来以后，需要切割成不同的定尺长度，唐钢唐银公司才用的是红外摄像定尺切割系统，他通过专用的红外摄像头，对热坯子的成像原理，通过该系统的控制器发出切割信号，从而传递到各流的PLC数字量输入模块中，在通过在PLC中编制程序，从而控制燃气、预热氧、切割氧的开关顺序和时间，从而达到切割的目的。

2.6 自动出坯系统

唐银公司的自动出坯系统主要由移坯车、翻转冷床、翻钢机、移坯车编码器、冷床接近开关等组成。坯子切割成不同长度后，经过输送辊道一、二，然后到达出坯辊道，当各流检测到有坯信号后，输送到各流的PLC中去，当信号累计到8个后，出坯辊道停止转动，同时移坯车启动，放下拨爪，把钢坯拨到翻转冷床或是固定冷床上，移坯车的来回运行控制均有电动机上的编码器控制。除了编码器外，同时还设有接近开关和机械限位，以防止控制出现问题时能够及时停车。翻转冷床由两种控制方式分别是软件的控制和编码器的控制，软件是通过PLC内部设置时间的长短来控制冷床的自动运行，这样准确度有所欠缺。而编码器控制则是很精确，分别在横移油缸和举升油缸的主轴上安装一个编码器，编码器通过记录油缸的位移行程，来控制冷床的自动循环的动作。

3 改进措施

在系统运行初期，电气设备故障频繁发生、根据故障反映出来的实际问题，对其控制功能进行了些改进和完善。

3.1 PLC电源的改进

原来的设计中公共部分的电源采用一个电源，包括ET200M的控制电源，这样当有一个点出现接地或是短路故障，所有8个流都不能正常生产，针对这个问题，我们又加装了几个整流是电源模块，使其独立，分开，这样就彻底有效地避免了一流出现事祸及全部的恶性事故。改造之后，在生产过程中又出现了现场接近开关损坏，发生接地现象从而使电源掉闸的事故。但在处理过程中，丝毫没有影响到其他流的正常生产，大大地提高了生产效率。

3.2 拉速系统的改进

拉速系统的稳定，直接影响了连铸的生产效率，在生产过程中，我们发现在浇钢箱上的电阻式电位器，由于频繁的使用和现场环境尘土较多，经常发生没有拉速信号传入PLC的情况，为此，我们经过讨论研究，在原有PLC模块不增加的情况下，设计了另外一套“数字量控制系统”，具体为：在原有浇钢箱上增加两位自动复位开关，和一个两位转换开关，自复位开关信号设为“加速”和“减速”，将该信号输入到PLC中，再经过编程来控制变频器，从而实现了数字量控制拉速的目的。当现场出现电位器失灵的事故时，只需要通过转换开关一转换，即可。不会造成因没有拉速不能生产的事故。实践证明，我们自从改造完成之后，没有再发生因没有拉速造成的生产事故。

【参考文献】

[1]中冶连铸机操作说明书.2007.

[2]吕景泉.可编程序控制器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2001.