馬鋼CSP連鑄擺動剪頭坯剪切控制系統的改造應用

韋文郁

（馬鋼第一鋼軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

1 引言

擺動剪位于拉矯機與CSP 加熱爐之間，用于剪切坯頭、坯尾，并將鑄坯剪切成成品卷重量所要求的鑄坯長度。主要部件包括：固定框架、偏心軸、擺動框架、擺動缸、上下刀架、上下剪刃、壓下輥、水平輥、傳動裝置、3 個入口輥、1 個出口輥。動作時擺動框架通過兩個液壓缸驅動與鑄坯保持同步，傳動裝置由一臺電機通過飛輪、液壓離合器、液壓制動器、減速機、齒輪聯軸器帶動偏心軸旋轉完成鑄坯剪切。

馬鋼CSP 連鑄開澆后引錠頭牽引鑄坯向下運行，根據跟蹤系統發出信號完成頂彎、拉矯進入擺動剪，擺動剪原有控制系統只能固定自動剪切3 塊500mm 的頭坯（1.5m）后鑄坯進入加熱爐。通常澆注供冷軋基料的C、D 級鋼系列（如：SPHC、SPHD、MAF 等鋼種）開澆第一塊鑄坯因鋼水成分不理想導致鑄坯的成份、質量都不好被作為次品，所以我們希望通過改造擺動剪控制系統實現當澆注SPHC、SPHD、MAF 等鋼種時可以自動剪切8 塊500mm 的頭坯（4m）將成份不好的頭部鑄坯剪切掉以提高第一塊鑄坯的質量，而軋制電工鋼（如：MGW1300、MGW800、MGW600 等）、熱軋商品卷（如：HQ235、SS400、SPA-H、09CuPCrNi-A 等）系列鋼種時仍剪切3 塊500mm 的頭坯，從而提高SPHC、SPHD、MAF 等鋼種的品質和軋制成材率,提升馬鋼CSP 生產線的經濟效益。

2 改造方案

首先設置兩種剪切模式即當軋制冷軋基料的C、D 級鋼系列時剪切8 塊500mm 的頭坯而軋制電工鋼、熱軋商品卷系列時仍然剪切3 塊500mm 的頭坯，由操作工在修改后的WINCC 畫面上完成。具體操作如下：

2.1 剪切三塊頭坯

點開HMI 擺剪畫面，在Head Cut Length 選擇中將Head Cut No.1-3 設置為50 cm 其余選項設為零即可。

2.2 剪切八塊頭坯

點開HMI 擺剪畫面，在Head Cut Length 選擇中將Head Cut No.1-3 設置為50 cm 同時將Head Cut No.4-8 設置為51 cm 即可。

3 控制系統改造

圖1 擺動剪簡圖

控制系統的改造包括PCS7 控制系統改造、WINCC 監控組態軟件的修改。

3.1 PCS7控制系統改造

西門子SIMATIC PCS7 系統是典型的分布式控制系統（DCS），采用了流行的局域網編程控制器和現場總線技術。整個系統由大量的西門子硬件組件構成，包括自動化儀表、執行器、模擬式和數字式模塊、通訊處理器、工程師站，以及操作站等。馬鋼CSP連鑄采用的編程軟件為STEP 7 編程軟件。STEP7是用于對SIMATIC 可編程邏輯控制器進行組態和編程的標準軟件包，是SIMATIC 工業軟件的組成部分，具有硬件配置和參數設置、通訊組態、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷等功能。

我們按照制定的頭坯剪切改造方案對STEP 7程序進行了仔細的研究和分析發現原有程序在剪切模塊FC 1348 (LMS PENDULUM SHEAR) 中調用FC1645 并將WINCC 畫面中設定的三塊頭坯剪切長度通過數據塊DB654 賦值給FC1645 中定義的輸入、輸出變量，在FC1645 中完成頭坯剪切動作。FC1645 在STEP 7 程序中被定義為被保護功能塊無法對其內部語句表進行修改，所以我們決定重新編寫FC1645 功能塊以實現頭坯剪切改造目標。

首先我們重新定義FC1645 模塊輸入、輸出變量，設定了第1 塊到第8 塊頭坯剪切長度的變量,如圖2。其后我們根據改造要求編制頭坯剪切程序，程序總體設計思路是先設置頭坯剪切模式狀態位和1到8 塊頭坯是否剪切的標志位并對其狀態進行判斷，再根據剪切動作信號依次讀入1 到8 塊頭坯的剪切長度（操作方在HMI 設置）并對讀入的剪切長度數值進行比較如輸入數值為“0”則不進行剪切（以實現3 塊頭坯或8 塊頭坯的模式切換），然后將讀入的剪切長度進行數據規格化處理寫入設定剪切長度（#slen），完成頭坯剪切后退出頭坯剪切模式進入正常澆注剪切模式。

圖2 第1塊到第8塊頭坯剪切長度的變量圖

模塊FC1645 編制完成后，模塊FC1348 對其調用的模塊FC1645 進行更新操作后，重新對新增輸入、輸出變量進行賦值

3.2 WINCC監控組態軟件的修改

西門子公司的WINCC 是 Windows Control Center（視窗控制中心）的簡稱。它集成了SCADA、組態、腳本語言和OPC 等先進技術為用戶提供了Windows 操作系統環境下使用各種通用軟件的功能，WINCC 運行于個人計算機環境下，可與各種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目，用戶可在其友好的界面下組態、編程和數據管理，形成所需要的操作畫面、監視畫面、控制畫面、報警畫面實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線。

首先對WINCC 操作畫面進行了修改以下是修改前及修改后的操作界面如圖3。

圖3 修改前后操作界面

然后我們通過修改通訊協議確認了新增變量的地址，建立了新增標簽變量與STEP7 中頭坯剪切長度等變量的鏈接。使用C 語言進行編程以實現其對應的功能。

4 實際使用效果分析

擺動剪控制系統改造完成后我們分別在連鑄A、B 兩條連鑄機上進行了模擬及熱負荷試車，對擺動剪在兩種剪切模式下的動作及WINCC 監控畫面上數據輸入、狀態監控作了測試，動作正常，效果良好，達到了我們的設計要求。

下面是通過EDSA 數據采集系統（中央測量數據采集系統EDAS，支持不同信號記錄，信號結構由DAQ 服務器管理并可用DAQ 組態軟件修改）記錄得到兩種模式下擺動剪的動作如圖4～5。

圖4 剪切3塊頭坯模式

圖5 剪切8塊頭坯模式

5 總結

經過一個月左右的使用，連鑄操作方反映HMI畫面操作方便，供冷軋基料的C、D 級鋼系列（如：SPHC、SPHD、MAF 等）鋼種軋制成材率明顯提升，收到了很好效果。為我廠產品質量、經濟效益的提升打下了堅實的基礎。