連鑄機鑄流控制系統升級及功能優化的方法

程風扣（蘇鋼集團,江蘇　蘇州　215153）

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連鑄機鑄流控制系統升級及功能優化的方法

程風扣
（蘇鋼集團,江蘇蘇州215153）

摘 要：蘇鋼1#連鑄機鑄流PLC控制系統采用德國西門子公司生產的S5系列產品，經過十幾年的運行，設備趨于老化。隨著S5系統逐漸被淘汰，大多CPU和信號模塊已經不再生產，不可避免地遇到了備件價格昂貴、供貨時間長、維修成本高等問題，為此公司決定于2015年5月對該連鑄機鑄流PLC系統進行升級改造。

關鍵詞：S7控制系統；電動調節閥；變頻器

1　概述

1#連鑄機鑄流控制系統中，主站原采用雙機架結構：主機架由S5 CPU 928、CP143通訊模塊、WF706計數模塊、4塊AI 466模擬量輸入模塊、3塊AO 470模擬量輸出模塊、7塊DI 430數字量輸入模塊、以及EG300擴展模塊構成；擴展機架由4塊DO 451數字量輸出模塊、3塊DO 454數字量輸出模塊、以及ZG-AS 312擴展模塊構成。升級改造后的新硬件系統，主機架由 S7 CPU 416、CP443通訊模塊、FM450計數模塊、4塊A0 431模擬量輸出模塊、7塊DI 421數字量輸入模塊、以及IM460擴展模塊構成；擴展機架由4塊DO 422數字量輸出模塊、2塊AI 432模擬量輸入模塊、以及IM461擴展模塊構成。現上位機采用Wincc監控軟件，上位機與PLC之間通過以太網進行通訊。

2　系統中一些主要的功能優化

2.1二次冷卻水控制調節閥優化

連鑄熱坯采用氣水霧化冷卻，這種冷卻方式，需要對冷卻水的流量進行精確調節。原S5系統采用薩姆森電液調節閥結合ABB電磁流量計實現閉環控制。基本工作原理是：ABB電磁流量計測量實際水流量，S5程序中將實際流量與目標流量進行比較，若在死區范圍外，則根據實際流量是大于或是小于目標值，輸出關閉或是打開的脈沖信號給中間繼電器，從而再控制調節閥的動作，直至實際流量值進入死區范圍內。但是使用經驗證明，此套調節系統存在以下這些問題：控制設備都是進口產品，且連鑄二冷區共有45套，維護更換成本高；控制存在死區，精度不高；存在中間繼電器，線路較多，增多了故障點；缺少現場手動功能，緊急情況只能通過程序中手動模式控制動作。現升級后的S7系統采用鞍山工裝電動調節閥和上海威爾泰電磁流量計來實現閉環調節。此套調節系統明顯存在以下這些優點：控制設備都是國產，且價格僅是原來的30%左右，大大降低了維護成本；控制無死區，無余差，控制精度提高；不存在中間繼電器，線路簡單，排查故障快；有現場手動功能，方便緊急情況下解決問題；在供水側有波動時，調節響應快，穩定性提高。

2.2輥道變頻器控制線路優化

連鑄輸送輥道是用來傳送連鑄熱坯從拉矯機出來，直至出坯區域的通道。輸送輥道的速度是根據不同工況而變化的。原S5控制系統，基本控制原理是：PLC將輥道的啟停，正反轉信號通過數字量輸出模塊傳送到中間繼電器，再傳送到變頻器的數字控制端子DI，同時PLC將要調節的0-10V速度信號通過模擬量輸出模塊傳送給變頻器模擬控制輸入端子AI，變頻器根據這些DI ，AI信號控制輥道電機的啟停，正反轉，速度等狀態。此控制方式雖然可以達到調速目的，但是存在中間繼電器、線路較多及模擬信號線干擾等弊端，所以現升級S7系統后，廢棄以前的這些繁多的控制線路和中間繼電器，僅通過Profi bus-Dp通訊線，將變頻器掛到DP網上，PLC再通過SFC14、SFC15專用功能塊進行控制和顯示參數的讀寫。此控制系統具有線路簡單、抗干擾、速度快、故障率低等優點。

2.3溫度測量線路優化

連鑄結晶器冷卻水進出水都有獨立測溫，用來進行計算溫差。如溫差大于程序設定值，則會發出報警，并結晶器線圈跳電。原S5系統測溫原理是：現場進出冷卻水管上的熱電阻信號傳送到溫度變送器MCR-PT100,再變送成標準的電流信號進入S5模擬量輸入模塊，然后程序進行計算判斷。該測量線路中的溫度變送器需要定期進行校驗標定，也容易受到溫度漂移等影響。所以現升級S7系統后，去除了中間的溫度變送器，直接將熱電阻信號接入S7模擬量輸入模塊，模塊供電回路供給熱電阻恒流源，當熱電阻阻值變化時，模塊測量回路產生與溫度成比例的電壓，從而計算實際的溫度值，這種四線回路可以獲得很高的測量精度，同時通過配置溫度模塊的補償等參數，就可以完成對溫度的精確控制。

2.4定尺編碼器測量線路優化

熱坯需要根據用戶的規定，切割成要求的長度，這就需要對熱坯進行定尺。原來S5控制系統采用旋轉編碼器、EBR40轉換器和S5計數模塊的組合，但在實際使用過程中，存在線路較多，轉換器故障等問題，現升級后的S7系統，FM450-1高速計數模塊直接給現場編碼器供電，旋轉編碼器的脈沖信號直接傳送回模塊的計數通道。此方法線路簡單，便于檢查、排故。

2.5大包稱重線路優化

稱重儀表位于大包回轉臺內，原來稱重信號經過滑環送到PLC輸入模塊，但是滑環使用時間久后，會發生碳刷接觸不良，造成信號毛刺多，而且偶爾回轉臺內液壓油泄漏到滑環，會出現無稱重信號的麻煩。因此趁改造機會，在回轉臺內稱重儀表后端，增加無線發射裝置，連鑄平臺側加裝無線接收裝置，實現信號的無線傳輸。改造至今，信號接收穩定可靠。

2.6結晶器振動程序優化

原S5系統中結晶器振動程序塊被西門子公司加密，無法讀取。因此進行了所有鋼種的動態測試，記錄了大量的振動，拉速數據，從中總結出規律和算法，最后獨立編寫了新的結晶器振動控制程序。

3　結束語

通過此次S5控制系統升級的機會，進行了很多的功能優化，去除了以前存在的一些不穩定因素，同時簡化了控制線路，降低了排故難度，減輕了以后的維護成本。在升級后的S7控制系統中，硬件功能齊全，編程軟件中的特殊功能塊也十分豐富，所以在以后的實踐中，會找出更多可改進、可優化的地方，使得連鑄控制系統更加穩定可靠。

參考文獻：

[1]徐立群.大異型坯連鑄機自動化控制系統升級改造[J].冶金動力,2012(03):017.

[2]顧鋒.連鑄機二冷水配水(氣)自動控制系統設計[J].電氣自動化,2011(04):019.

[3]杜波.板坯連鑄機自動化檢測系統的升級與優化[J].連鑄,2009(03):002.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.237