小方坯連鑄剛性引錠桿自動控制技術

摘 要：文章以天津榮程六機六流小方坯連鑄為例，介紹了小方坯連鑄剛性引錠桿的工作方式，以及剛性引錠桿的位置追蹤方法和自動送引錠及自動存放。

關鍵詞：連鑄剛性引錠桿；PLC；光電開關

引言

小方坯是連鑄工藝中一個重要坯型，目前在連鑄項目中應用十分廣泛。引錠桿是連續鑄鋼的重要裝置之一。引錠桿由引錠頭、過渡件和桿身組成。澆鑄前，引錠頭和部分過渡件被送入結晶器。澆鑄開始后，鋼水開始在結晶器中凝固，與引錠頭凝結在一起，再由拉矯機牽引著引錠桿，把鑄坯連續地從結晶器拉出，直到引錠頭通過拉矯機下壓與鑄坯分離，進入引錠桿存放裝置。

由于剛性引錠桿有較為復雜的引錠桿存放裝置，因此在送引錠及拉坯過程中動作復雜，而在以往的連鑄項目中多采用人工手動控制。但是由于連鑄主操作室一般只配備一個操作工，在連鑄項目流數較多時，操作工過于忙碌，不能很好的兼顧各流，容易造成事故，損壞設備。因此實現自動送引錠及拉坯過程中引錠桿自動存放十分必要，可節約時間并且避免操作工過于繁忙而造成事故。

本文以天津榮程小方坯引錠桿自動送引錠及存放為例簡要介紹剛性引錠桿的位置追蹤及自動控制。

1 系統構成

1.1 硬件配置

本套連鑄機控制系統選擇西門子公司的S7系列可編程序控制器。依據工藝流程的劃分，本項目設置7個獨立的PLC系統。這7個PLC系統由一個公用系統及6個鑄流系統構成。

公用系統監控的部分為大包回轉臺，中間罐車，各個液壓站，公共部分相應閥臺以及撈鋼機和翻轉冷床。鑄流系統為6個相同的系統，無論硬件配置與程序都是相同的。鑄流系統監控的部分為拉矯機，引錠桿存放裝置，輸送輥道，鑄流部分液壓閥臺以及配水中所使用的流量計和各種閥門。本文中所介紹的內容主要就是針對鑄流系統。

公用系統CPU為Siemens S7-300系列，主站內配置一塊CP343 -1以太網通信模塊，及西門子數字量模擬量輸入輸出模塊。CPU通過Profibus DP現場總線連接各個遠程站，各個遠程站主要在電氣室外操作臺及各個液壓站操作箱內。公用系統各個變頻器全部掛在Profibus DP網絡上。

鑄流部分由六套獨立且相同的PLC系統構成，該部分CPU同樣為Siemens S7-300系列產品，配置一塊CP343-1以太網通信模塊。CPU通過Profibus DP現場總線連接各個遠程站，鑄流部分遠程站只分布于各個操作臺，不與液壓系統關聯。每套鑄流系統都由單獨的PLC系統構成，但是鑄流各個系統之間，以及與公用系統之間通過以太網連接，進行程序內部所需的數據交換，并且與上位機連接，實現畫面的監視與控制。

1.2 引錠桿追蹤信號開關

在生產過程中，如果想實現引錠桿的自動控制，就必須對各個關鍵位置進行較為精確的定位。因此需要加裝一定數量的位置開關。不同的位置根據工藝和設備形式選擇不同的開關。本項目中選用了兩種開關，分別是電磁感應式接近開關和光電對射式開關。

另外，為了與引錠桿位置追蹤所用的光電開關配套，需要在引錠桿上的對應位置開一定數量的孔洞，使光電開關能夠發揮作用。

如圖所示，各個位置各開關安排如下：A：光電開關，引錠桿頭遮擋時起作用，判斷引錠桿是否回收到位。B：光電開關，靠引錠桿身孔洞作用，判斷引錠桿是否前進到位。C：兩個接近開關，液壓擺臂伸出與返回各對應一個開關，判斷液壓擺臂伸出到位與返回到位。D：光電開關，靠引錠桿上所開孔洞作用，作為脫引錠信號使用。E：接近開關，靠引錠桿尾接近作用。此開關起到兩個作用，在送引錠時判斷1#拉矯機是否需要壓下；在拉坯時作為1#拉矯機換壓信號。

2 功能實現

2.1 自動送引錠

2.1.1 生產工人檢查設備及各方面是否準備好。準備就緒后，可以開始進行自動送引錠。此時主操作室操作人員，將主操作臺上轉換開關打到自動位置。然后點動“自動送引錠開始”按鈕。此時自動送引錠程序啟動。

2.1.2 自動送引錠開始后，程序首先控制1#，3#拉矯機自動抬起，同時拉矯機向送引錠方向旋轉。此時根據設備具體情況，將變頻器輸出控制在25Hz，對應的輥道線速度為2m/min。同時引錠桿存放電機正轉，即向拉坯方向旋轉。

2.1.3 當引錠桿向前運行到正轉停止位時，B位置的光電開關被觸發，引錠桿存放電機停止運行。同時，液壓擺臂開始伸出。當液壓擺臂伸出到位位置2后，C位置的伸出到位接近開關被觸發，擺臂伸出電磁閥不再得電，擺臂停止運行。同時，引錠桿存放電機反轉，即向送引錠方向旋轉。引錠桿向拉矯機方向運行。

2.1.4 當引錠桿頭進入1#拉矯機時，E位置接近開關被觸發，此時1#拉矯機壓下，1#拉矯機夾持引錠桿向上運行。由于拉矯機附近是高溫區，因此應避免編碼器的使用；而送引錠時拉矯機速度固定，因此可在程序中使用定時器，在引錠桿頭上升至結晶器下口一定距離時定時器停止，引錠桿停止運行。此時自動送引錠結束。此處有兩點需要注意，一是1#拉矯機壓下時應根據工藝要求控制其高壓壓下；二是在整個送引錠過程中，應在程序中加互鎖，使3#拉矯機不能壓下，否則會損壞引錠桿。

2.2 拉坯過程的自動回收

2.2.1 開始澆鑄時，操作工點動操作箱上“開始澆鑄”按鈕后，拉矯機和引錠桿存放電機同時向拉坯方向轉動。此時進入澆鑄狀態。

2.2.2 引錠桿向前運行，此時1#拉矯機所施加的壓力為高壓。當引錠桿繼續向前運行，觸發E位置接近開關時，1#拉矯機換為低壓。

2.2.3 當引錠桿繼續向前運行時，引錠桿上所開孔洞觸發了D位置的光電開關，此時程序控制3#拉矯機以高壓壓下，完成脫引錠。此時程序中另一個計時器被觸發，待鋼坯頭向前運行一段距離后，計時器停止，程序控制3#拉矯機換為低壓。

2.2.4 在脫引錠之后，引錠桿隨引錠存放電機向前正常運行。當引錠桿運行觸發B位置開關時，引錠桿存放電機停止運行，同時液壓擺臂開始返回，運行到位置1時，C位置擺臂返回到位開關被觸發。此時，擺臂停止運行，同時引錠桿存放電機再次開始向回收位置運行。當引錠桿頭運行至回收位置時，A位置的光電開關被觸發，引錠桿存放電機停止運行。此時引錠桿存放過程結束。

3 結束語

本文粗略的介紹了小方坯連鑄鋼性引錠桿的自動送引錠和拉坯自動存放控制方式。該項目投產以來運行平穩，安全可靠，較人工手動控制顯著提高了生產效率，有效的避免了事故的發生。在具體應用中，可根據工藝要求及設備的具體形式對開關和控制方式作相應的調整。

在此項目中應注意以下幾點：（1）由于各個位置開關信號引回至電氣室PLC柜，施工時應采用屏蔽阻燃控制電纜。為便于接線，最好采用軟電纜。另外根據每個項目的不同情況，如果有通過熱區的情況，應采用耐高溫阻燃屏蔽軟電纜。（2）各個開關的類型可根據實際情況適當調整。控制電機停止的開關可加裝兩個，增加停止極限位。1#拉矯機的壓下與換壓信號共用一個開關時，有時需要在編程時使用定時器來彌補正反轉時位置不同的問題；如果條件允許，最好加兩個開關，分別判斷。（3）如果某個開關損壞，那么該流整個自動送引錠與存放就會失效，因此應經常檢查開關是否完好。

總體來講，這種引錠桿自動追蹤控制方法簡便有效，安全耐用，大大提高了生產效率和安全性。