簡述TCS系統

李英存，張立坤

（1. 邯鄲鋼鐵集團連鑄連軋廠，河北 邯鄲 056000；2. 邯鄲鋼鐵集團技工學校，河北 邯鄲 056000）

連鑄機主要工藝過程如下：鋼水由大包，經過滑動水口和長水口進入中包，再通過中包進入結晶器，由引錠桿牽引，經過四個扇形段（此過程都有冷卻水使鋼水逐漸冷卻，結晶成坯狀）、兩組夾送輥，到頂彎棍，由頂彎棍進行頂斷，使板坯彎曲，與引錠桿分離，由豎直方向變為水平方向，引錠桿繼續下降，由引錠桿夾送輥進行控制，而板坯則進入拉矯單元，再經過四組拉矯輥進行矯直，由擺式剪切割成段，由豎直方向變為水平方向，進入加熱爐。

1 硬件組成

本系統采用MULTIBUS II控制系統，包括單片機（CPPSE/p23，CPPSE/p23v）；用于處理M－Modules的CPU板；模擬信號輸入輸出接口板；計數器接口板、光纜接口、數字信號輸入輸出接口板；放大器板以及現場檢測元件等。

2 軟件組成

LogiCAD 32編程軟件（包括IEC 1131圖形編輯器）、PROBAS GUI圖形用戶接口、IRMX2.2多任務操作系統、PRODB數據管理系統、ProMask人機界面設計軟件、SCT 2.0狀態變化表編輯器等。

3 各模塊的功能

本系統共分為6部分：MLC（結晶器液位控制）、HMO（結晶器振動控制）、HAS（扇形段液壓調節）、BUA（頂彎單元）、WSA（拉矯單元）、TMC（工藝主控器）。

3.1 MLC——Mould Level Control

結晶器液位控制，其主要作用是使結晶器內鋼水液位在澆鑄過程中總是保持與設定值相對應的狀態，任何與設定值之間的偏差都可以通過調節中包內塞棒的位置，使從中包到結晶器的鋼水流量發生變化來補償。

實際鋼水液位的測量是通過放射源測量法實現的，射源（CO60）和閃爍計數器（探頭）被安裝在結晶器兩側。由于在射源和檢測器之間鋼水的多少對射線的吸收不同導致射線強度的改變，根據檢測器接收到的射源強度可計算出實際結晶器的液位。

液位控制系統是一個雙閉環控制系統，包括一個 PID－控制回路控制結晶器液位和一個 P－控制回路控制塞棒的位置。塞棒的位置是通過液壓系統來進行調節的，系統通過控制伺服閥的開度來控制液壓缸的移動，從而控制塞棒的位置，同時一個同步位置傳感器測量軸桿的實際位置，并把測量值反饋給系統，實現閉環控制。操作人員可以通過人機界面來進行操作、控制及顯示液位控制系統的各項參數及實際值，并可以顯示成趨勢圖。

3.2 HMO——Hydraulic Mould Oscilliation

結晶器振動控制，其主要作用是通過振動臺架上的兩個液壓缸進行周期性的同步上下振動，來帶動結晶器上下運動，以避免鋼水粘附到結晶器壁上。

主要組成部分包括：工藝提升部件；液壓站（包括油缸、泵、冷卻系統、加熱器、閥、限制開關、測量傳感器、蓄勢站）；帶有伺服閥、壓力傳感器、位置編碼器的液壓缸；作為產生、顯示、變化設定值的控制單元的伺服控制、調節系統。

液壓缸的移動是通過每個液壓缸上的伺服閥來進行調節的，伺服閥則是由控制系統中的軟件來進行調節的。

對于輸入給伺服閥的設定值，MBII系統是通過振動曲線來進行計算的，振動曲線包括基本特性曲線和功能特性曲線。其中基本特性曲線是由設定速度與角度之間的關系決定的，一般來說正弦曲線被作為基本的特性曲線；而功能特性曲線又分為兩種，即以振動頻率和拉速為因素的曲線以及以振動的行程和拉速為因素的曲線，每條振動曲線都是基本特性曲線和功能特性曲線的結合體，其目標是使負滑脫率保持在25左右。對于各種曲線可以任意的在線或離線編輯（系統共存儲有10條振動曲線），在澆鑄過程中對于全部速度曲線，其頻率和振幅都是根據特殊功能特性要求的澆鑄速度而變化且自動調節的。

3.3 HSA——Hydraulic Segment Adjustment

扇形段液壓調節，主要功能是通過對扇形段間隙的調節來改變熱鑄坯的厚度及實現液芯壓下（LCR）的功能，其動力來自于主液壓系統。

主要部分包括：帶有位置傳感器的扇形段、主液壓系統、控制各個扇形段液壓系統的閥站（包括比例閥、倒向閥、壓力開關、壓力傳感器等）；以及完成計算設定值、發出控制指令的MULTIBUS II控制系統。

調節扇形段的間隙是通過調節安裝在扇形段上的液壓缸的動作來完成的。通過液壓缸帶動扇形段的活動側運動，打開或關閉扇形段。此控制系統主要包括兩個閉環控制回路（位置控制回路和壓力控制回路）和一個開環控制回路（伺服控制回路）。

3.3.1 位置控制

位置控制是通過比例閥對液壓缸內兩個腔的油量的控制來實現的。位置設定值是通過“斜坡發生器”給定的，為了防止扇形段出現斜形，在位置控制回路的基礎上，疊加了一個比例同步控制信號，將這兩個信號的疊加結果作為比例閥的設定值。

3.3.2 壓力控制

壓力控制是一個比例控制器，壓力設定值通過“斜坡發生器”被前饋給控制系統，當關閉扇形段時，只有當扇形段所受壓力沒有超過最大壓力限制時，扇形段才能進行關閉操作，如果超限，則扇形段需進一步打開，直到壓力降至允許的范圍內后，扇形段才可回到設定位置。在壓力控制過程中，位置斜形將不能被控制器補償，只能起到監測的功能。

3.3.3 伺服控制

給伺服閥一個設定開度值，則扇形段完成設定的移動，此控制只能用于伺服模式，不能用于澆鑄模式。當位置傳感器出現故障時，也可使用此控制。

3.4 BUA——Bending Unit Adjustment

頂彎單元調節系統，其主要作用是使板坯彎曲，與引錠桿分離，由豎直方向變為水平方向移動。引錠桿繼續下降，由引錠桿夾送輥進行控制，而板坯則進入拉矯單元。

主要設備包括兩組夾送輥、頂彎輥和引錠桿夾送輥。兩組夾送輥和引錠桿夾送輥分別有一端輥固定，另一端的輥可由液壓缸進行打開關閉的調節，無論是固定端的輥，還是可調節端的輥都是由電機進行驅動的。頂彎輥是由液壓控制的，且液壓缸與夾送輥固定端同側。其控制過程如下：

3.4.1 引錠桿插入

按順序開始時調節引錠桿夾送輥的壓力使其達到允許引錠桿移動的壓力，一旦引錠桿夾送輥攜帶引錠桿移動到的頂彎輥和兩組夾送輥處，頂彎輥和兩組夾送輥也調節到允許引錠桿移動的壓力，當引錠桿尾部只有很短的部分位于引錠桿夾送輥中時，引錠桿夾送輥則打開，由兩組夾送輥攜帶引錠桿移動到結晶器中。

3.4.2 在澆鑄初期引錠桿和板坯分離

當澆鑄開始時，引錠桿夾送輥夾緊引錠桿，使引錠桿牽引板坯向下運動，當引錠桿頭部到達頂彎輥時，頂彎輥向前伸出到頂斷位置，把板坯向前頂彎，使板坯與引錠桿脫離，引錠桿繼續由引錠桿夾送輥牽引向下移動，而板坯則彎曲進入拉矯單元。

3.4.3 澆鑄過程中頂彎輥完成的動作

當板坯與引錠桿脫離后，頂彎輥收回到半徑位，引錠桿向下移動到底部，引錠桿夾送輥打開。

3.4.4 澆鑄結束時的尾出模式

當澆鑄結束時，板坯尾部離開夾送輥1、夾送輥2、頂彎輥，這些輥則依次打開，回到初始位置。

對于夾送輥，在澆鑄過程中，為了防止板坯出現斜形，在壓力控制的基礎上疊加了一個比例同步控制信號，來監測輥兩端的位置是否平行，如果偏差過大，則系統發出一個鎖定命令，使輥保持不動，直到澆鑄結束。

3.5 WSA——Withdrawal Straightening Adjustment

3.5.1 主要作用

拉矯單元調節系統，其主要作用是使經過頂彎單元而彎曲的板坯，經過四組拉矯輥進行矯直，而使板坯徹底由豎直方向轉為水平方向。

3.5.2 主要組成部分

主要組成部分為四組拉矯輥，這四組拉矯輥下方為固定側，輥為電機控制的驅動輥；上方為活動側，輥為液壓控制的從動輥，可上下移動。當板坯經過時，可通過調節輥的位置，而對板坯表面產生不同的壓力。

3.5.3 控制過程

其控制過程為：①當為引錠桿插入模式時，四組輥均打開，并向傳動PLC發送“準備引錠桿插入”信號；②當為“準備澆鑄”模式時，四組輥均打開，并向傳動PLC發送“準備澆鑄”信號；③當為“澆鑄”模式時，四組輥依靠傳動PLC發出的傳動信號依次關閉，在關閉控制器后，執行一個閉環壓力控制。④當為“尾出”模式時，四組輥依靠傳動PLC發出的傳動信號依次打開。

3.6 TMC——Technological Master Controller

工藝主控器，此系統的主要功能為實現TCS系統內部各模塊之間以及TCS系統與外部系統（基礎PLC、二級計算機、人機界面）之間的通訊功能。

主要組成部分包括網卡、網線、交換機等網絡設備。

按通訊對象的不同，TMC可分為四個模塊：①TCS系統內部各模塊之間的通訊。②TCS與 WINCC之間的通訊，通過CORSERVR實現，主要完成TCS向WINCC傳遞顯示數據、報警信息，WINCC向TCS傳遞操作人員通過HMI進行的各項操作以及輸入的設定值。③TCS與二級計算機之間的通訊，由OSIGTY來完成。TCS向二級計算機傳遞實際狀態值，二級計算機向TCS傳遞設定值。④TCS系統與基礎PLC之間的通訊，由S5SERVR完成。TCS向基礎PLC傳遞實際狀態值，基礎PLC向TCS傳遞跟蹤系統模式狀態設定值和儀表系統設定值。另外需要說明的是CORSERVR、OSIGTY、S5SERVR為協議轉換器。

對于 TCS系統與外部系統的通訊均通過網絡實現，基于ISO－OSI網絡模型的第四層，屬于程序到程序的通訊。

4 結束語

TCS系統作為連鑄機的控制核心，在CSP生產中起著無與倫比的作用，所以了解和掌握TCS系統對我們今后的工作會起到巨大作用。