連鑄機塞棒自動開澆與液位控制系統的研究

尹忠誠

摘 要：弧形連鑄機塞棒自動開澆與液位自動控制系統采用西門子S7400PLC作為基礎自動化設備，設定自動開澆五步動作，模仿人工開澆，通過生產試驗優化開澆參數。液位調節時，西門子PLC將檢測到的液位信號與設定值比較，利用改變增益控制器利用差值來控制塞棒運動，實現全自動開澆。不僅提高鑄胚質量，還為改造中國現有連鑄機和現代化設計連鑄機設備提供數據參數支持。

關鍵詞：連鑄機;塞棒;改進

連鑄自動化技術的發展是我國計算機產業發展的附帶品，在連鑄技術發展壯大的同時，我們的澆注技術卻相對落后。我國很多連鑄機現在仍采用手動開澆。一些大型鋼鐵企業引進國外先進設備實現自動化開澆技術，很多不完善地方不能及時預見和處理。所以，自主研發自動開澆技術是我們冶金企業的重要工作。

1 西門子PLC在工控系統中的強大作用

①強大的軟件編輯和使用實力，獨特的WINDOWS視窗界面，西門子PLC具有在組態和編程方面的實用性和廣泛性;②模塊化設計和龐大的可擴展功能。目前模塊化設計是主流方向，PLC領域，德國西門子公司引領潮流和市場趨勢。電控領域，模塊化和集約化都是各方追求性價比一個主要目的，西門子PLC具有強大可擴展功能，S7-200、300、400、1200或是近年SMART200系列，西門子PLC在主機模塊外推出數個乃至數十個擴展模塊，供用戶選擇;③強大的通訊功能。相比其他品牌，西門子PLC有多個通訊口供客戶選擇，有以太網、485通訊口、變頻器通訊USS和MODBUS端口。多端口選擇，讓用戶不用過多考慮西門子PLC使用環境;④多軸控制系統。很多品牌PLC只有雙軸驅動系統，西門子SMART200和S7-1200系列，可以驅動三軸系統，跟伺服電機和驅動系統有著天然的匹配能力，其他品牌難以望其項背。目前紡織、造紙、冶金等行業，三軸伺服驅動系統是一個廣泛應用的領域，一個自控系統，PLC是十分關鍵節點作用，PLC選擇正確，其他部件選擇才有意義，西門子PLC是正確選擇，給用戶提供完美體驗，不用擔心PLC無法匹配伺服系統問題。

2 自動開澆控制系統硬件設計

弧形小方坯連鑄機，它需要利用一家意大利公司為首鋼設計的矩形坯連鑄機控制系統基礎上進行系統改造。改造之后的弧形連鑄機控制系統可編程控制器就是西門子PLC。它替代了原有的直流電機為DC motor MISS6Serie，功率為0.6kW伺服控制系統。

PLC是由電源板、中央處理器、數字輸入和信號模板組成。由決定電機的運轉方向和運轉速度的伺服控制器工作。驅動電機帶動塞棒機構升降是由PLC接收液面的實際和設定值的信號，再由中央處理器運算出數據，經過profibus總線傳輸送達伺服控制器，修改它的控制字進行塞棒升降。液位檢測系統是根據結晶鋼液面值得高低，產生4-20mA信號，再接入PLC模擬輸入模塊。

3 塞棒自動開澆設計

鋼水進入中間包并達到預定值，塞棒開始五步動作，模仿人工開澆過程。預先設定的開澆參數主要包含：運動步數和每步位置停留時間和這一步到下一步速度;拉矯機拉速從0到正常速度變化模型圖;PID調節參數等。相應的實驗中，每步時間內塞棒快速到達指定位置，生產中5個步驟不一定全部需要;當液位達到機器開澆所需液位，馬上跳至最后一步。其次，拉矯機開始拉坯，速度由快變慢，最后穩定在正常拉速，這時鋼水液面得處在規定的額范圍值。開澆完成塞棒的功能轉位液位自動調節，為保證結晶器液面穩定，不出現拉坯缺陷，程序設定液位變化范圍值。

4 液位自動控制系統

液位控制系統主要由以PLC為中心的結晶器液位控制器、位置檢測裝置、液位的傳感器和控制塞棒的伺服控制系統構成。（控制原理如圖）

塞棒會控制中間包水口的開度，從而調節了鋼水從中間包流入結晶器的量，來維持液面的穩定性。塞棒的位置由信號器液位監視器通過液位測量系統準確的測量結晶器鋼水液位高度。這個信號是直接提供給塞棒控制器，再由控制器把信號給伺服控制器，伺服電機作用于塞棒執行機構，來控制鋼水從中間包到結晶器的流量，從而達到維持結晶器液面的穩定。

5 全自動開澆實驗

實驗在4號連鑄機4流弧形小方坯連鑄機的一流上進行。實驗一共進行30次，澆注斷面250*360mm，中間包開澆質量為26T，材料為碳鋼、低合金鋼，力求獲得合理的開澆和液面數據參數。鋼水流量計算采用VSV通量表。雖然這與實際使用的塞棒有所差距，后觀察操作手工開澆的過程，適當放大開澆塞棒的位置，才獲得比較合理的參數。

6 結語

液位控制精準度越高、塞棒定位越準確快速，連鑄要求的滿足度為：正常穩定的狀態下，液面控制度為±5mm。自動控制系統能在澆筑過程中因換大包及水口或者液位波動時，可以很快的穩定下來，相對來說自動控制系統的安全性更好、投資低、操作也更簡單。

參考文獻：

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