基于PLC控制系統(tǒng)在冶金連鑄電氣中的設(shè)計(jì)分析

吳啟軍，崔菊蘭

（萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心，山東 萊蕪 271104）

連鑄過程是煉鋼和軋鋼連接的中間環(huán)節(jié)，其可以轉(zhuǎn)換液態(tài)鋼為鑄坯，所以連鑄生產(chǎn)過程直接影響著冶金的軋鋼質(zhì)量和成材率。隨著PLC控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前冶金連鑄電氣中開始運(yùn)用這一系統(tǒng)，使得連鑄技術(shù)得到了完善，大大提高了連鑄機(jī)自動(dòng)化控制水平。

1 PLC控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成及功能

1.1 PLC控制系統(tǒng)的基本組成

西門子公司的S7-300/400系統(tǒng)運(yùn)用的就是PLC控制系統(tǒng)，其硬件技術(shù)和軟件系統(tǒng)成熟，使得數(shù)據(jù)更加方便。目前冶金自動(dòng)化領(lǐng)域中開始運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)，其智能化系統(tǒng)是對人類思維活動(dòng)進(jìn)行了一種模擬。作為一種設(shè)計(jì)范圍廣的技術(shù)，PLC控制系統(tǒng)綜合了多門學(xué)科，系統(tǒng)復(fù)雜，使得冶金自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化控制過程可以由其來代替。

1.2 PLC控制系統(tǒng)的配置

PLC控制系統(tǒng)由2套PLC柜體、2臺控制站、1臺工程師站和1臺網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)組成其硬件配置，設(shè)置2臺控制站是防止緊急情況控制失靈，保證系統(tǒng)的可靠性。冶金自動(dòng)化生產(chǎn)的主機(jī)和輔助機(jī)器上運(yùn)用了兩套控制站，容錯(cuò)以太網(wǎng)接口模塊、S7-400控制處理器、電源模塊、冗余模塊、I/O模塊等構(gòu)成其主要組成部分。而Intel CPU 2.8GHZ是2臺控制站和1臺工程師站的主要配置，運(yùn)用的是Windows XP sp3操作系統(tǒng)和19LCD顯示器，具有4GB RAM的存儲(chǔ)容量。而其軟件配置包括控制站的編程軟件STEP 7 V5.5 SP2、2臺控制站FIX 6.15運(yùn)行版的監(jiān)控軟件、1臺FIX 6.15開發(fā)版的工程師站監(jiān)控軟件。

1.3 PLC控制系統(tǒng)的功能

PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)用需要先初始化處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通常控制系統(tǒng)投入運(yùn)行、精密點(diǎn)檢后運(yùn)行時(shí)或系統(tǒng)發(fā)生故障后，此時(shí)系統(tǒng)就需要重新啟動(dòng)進(jìn)行初始化處理。這一處理過程首先需要對過程設(shè)備的狀態(tài)信息和條件信息進(jìn)行讀取，就工藝流程圖和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行展示。在所有定時(shí)器和計(jì)時(shí)器清零后，將設(shè)備操作方式設(shè)置為“手動(dòng)”方式，接下來由操作員“手動(dòng)”操作，對各設(shè)備的方式和狀態(tài)進(jìn)行指定。在保證設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)正常和運(yùn)行條件具備的情況下，操作員設(shè)置操作運(yùn)行方式，將程序運(yùn)行從“手動(dòng)”方式切換到“自動(dòng)”方式。而且也要選擇其操作場所，在機(jī)旁操作箱上設(shè)有“遠(yuǎn)控/近控”權(quán)限選擇開關(guān)，對需要在PLC上控制的設(shè)備操作地點(diǎn)設(shè)置為“近控”位置，現(xiàn)場設(shè)備的啟動(dòng)（開啟）、停止（關(guān)閉）操作需要運(yùn)用機(jī)旁操作箱上的操作指示燈和操作按鈕。進(jìn)行“遠(yuǎn)控”操作時(shí)，需要設(shè)置選擇開關(guān)，在中控室的PLC控制站進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。對于PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)生的故障，另一臺控制站會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，并打印故障報(bào)告。通常PLC故障由通訊故障、CPU故障、冗余板卡故障多種故障，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)無擾切換到冗余設(shè)備，并由操作站發(fā)出報(bào)警信號，在非冗余板卡發(fā)生故障時(shí)，專業(yè)人員進(jìn)行確認(rèn)排除。

2 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在冶金連鑄電氣的應(yīng)用

2.1 大包回轉(zhuǎn)臺控制

大包回轉(zhuǎn)臺由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過定位由上升位到下降位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。冶金連鑄機(jī)的大包回轉(zhuǎn)臺需要承載兩個(gè)鋼包，在澆鑄過程中要切換澆鑄和待澆鑄的狀態(tài)，這一過程回轉(zhuǎn)臺承受的壓力大，長時(shí)間的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下回轉(zhuǎn)臺會(huì)發(fā)生波動(dòng)。因此，要提高旋轉(zhuǎn)過程的效率，必須要對包回轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間進(jìn)行精確控制，防止旋轉(zhuǎn)的時(shí)間太長。在大包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)時(shí)要精確控制旋轉(zhuǎn)角度，通過脈沖編碼器檢測旋轉(zhuǎn)角度。運(yùn)用脈沖編碼器的檢測，必須將兩個(gè)同步的開關(guān)安裝在大包回轉(zhuǎn)臺旁，清零脈沖，做好檢測。如果大包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到澆鑄位置，可以通過PLC控制線圈使其停止。

2.2 設(shè)備冷卻水控制

冶金連鑄機(jī)的運(yùn)行過程要嚴(yán)格控制水流量，包括設(shè)備冷卻水的水流溫度、壓力和流速等。通過水泵加壓冷卻水系統(tǒng)可以對連鑄機(jī)設(shè)備進(jìn)行供水，并對水進(jìn)行冷卻，在冷卻塔冷卻后再次加壓使用。水泵要對從冷卻塔出來的水流進(jìn)行加壓處理，PLC控制系統(tǒng)檢測加壓后的水流壓力和溫度，供給連鑄機(jī)設(shè)備的冷卻水必須符合要求。從連鑄機(jī)設(shè)備出來的水進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)使用過程中前，控制水流溫度和流量可以通過PLC控制系統(tǒng)。

2.3 滑動(dòng)水口控制

大包內(nèi)的金屬液流入中包需要通過滑動(dòng)水口，所以必須控制大包的開合狀態(tài)，保證水口流量的精度，有效防止發(fā)生安全事故。而且檢測中包液位的信號需要運(yùn)用稱重傳感器，其運(yùn)用要結(jié)合PLC控制系統(tǒng)檢測到的信號來設(shè)定程序和過程，這一運(yùn)算結(jié)果為控制大包滑動(dòng)水口的移動(dòng)量提供依據(jù)。

3 PLC控制系統(tǒng)在冶金連鑄電氣的設(shè)計(jì)策略

3.1 拉矯液壓站

拉矯液壓站自動(dòng)工作需要選擇工作油泵，在系統(tǒng)壓力低于5.5Mpa時(shí)會(huì)啟動(dòng)工作油泵，1分鐘延時(shí)后電磁閥得電，系統(tǒng)開始供油。如果系統(tǒng)壓力大于7Mpa，此時(shí)電磁閥失電，油泵就會(huì)停止供油。因此，可以將油箱液位低限信號串入油泵和電磁閥的控制回路中，這樣在管路嚴(yán)重泄漏出現(xiàn)低液位時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后系統(tǒng)就會(huì)將油泵和電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，保證異常狀況下系統(tǒng)設(shè)備的安全。拉矯液壓站可以進(jìn)行聲光報(bào)警，并在上位機(jī)的監(jiān)控畫面中展示報(bào)警信息。

3.2 自動(dòng)送引錠過程

自動(dòng)送引錠過程的功能是運(yùn)轉(zhuǎn)/停止拉矯機(jī)的、引錠桿存放電機(jī)、自動(dòng)抬起/壓下拉輥和脫坯輥，通過自動(dòng)送引錠過程來保證連鑄生產(chǎn)過程的安全操作，有效避免產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人身安全。因此，自動(dòng)送引錠的程序中要對限位開關(guān)和時(shí)間聯(lián)鎖的雙重控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證正常情況下設(shè)備控制由限位開關(guān)完成，一旦發(fā)生限位開關(guān)故障，其控制由計(jì)時(shí)器進(jìn)行，為控制操作的安全可靠性提供保障。

3.3 鑄坯切割過程

鑄坯切割的自動(dòng)工作狀態(tài)有全自動(dòng)和半自動(dòng)兩種方式，其中定尺儀發(fā)出的定尺信號為全自動(dòng)方式的切割指令，在鑄坯達(dá)到定長時(shí)，半自動(dòng)切割方式會(huì)人為的發(fā)出切割指令。一旦接收切割指令，切割機(jī)就立即開始鑄坯切割，而且抱夾缸電磁閥及預(yù)熱燃?xì)狻㈩A(yù)熱氧、切割氧電磁閥都會(huì)分別得電。在鑄坯切斷后，此時(shí)回程缸電磁閥得電，其它所有電磁閥都會(huì)失電，切割機(jī)也會(huì)返回到初始位置，進(jìn)行鑄坯的自動(dòng)切割。

3.4 推鋼機(jī)

主令控制器的推鋼接點(diǎn)和退回接點(diǎn)控制著推鋼機(jī)的工作行程，這一系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)目的是為了其安全聯(lián)鎖。在步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床進(jìn)行工作時(shí)，推鋼機(jī)不能推鋼，而且推鋼機(jī)推鋼時(shí)不能同時(shí)進(jìn)行翻鋼機(jī)翻鋼，這樣才不會(huì)使得推鋼機(jī)動(dòng)作時(shí)推頭與翻鋼過程中的翻鋼機(jī)發(fā)生沖突。一般在推鋼機(jī)完成一個(gè)推鋼周期后，對于翻鋼機(jī)的動(dòng)作封鎖要進(jìn)行解鎖，然后由翻鋼機(jī)繼續(xù)下一個(gè)翻鋼過程。

3.5 步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床

在縮短冷床上鑄坯的存放間隔時(shí)，可以反轉(zhuǎn)步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床，而鑄坯輸送運(yùn)用了冷床的正轉(zhuǎn)動(dòng)作。在減速機(jī)軸上安裝的主令控制器的正反轉(zhuǎn)接點(diǎn)控制冷床的正、反轉(zhuǎn)和停止動(dòng)作，這一控制任務(wù)對主令控制器接點(diǎn)進(jìn)行精確控制，才能在冷床停止時(shí)停在下齒位，因?yàn)槿绻浯餐Ｖ乖谏淆X位會(huì)對推鋼機(jī)的推鋼操作產(chǎn)生阻礙作用。在冷床自動(dòng)工作時(shí)，必須要設(shè)計(jì)程序中推鋼機(jī)退回動(dòng)作一段時(shí)間后，才能使得冷床連續(xù)正轉(zhuǎn)，因?yàn)樵谕其摍C(jī)冷床退回后馬上動(dòng)作，容易發(fā)生與推鋼機(jī)的碰撞，使得設(shè)備損壞。因此，要保證冷床連續(xù)正轉(zhuǎn)8周，完成一次最多8根鑄坯的輸送工作，冷床正轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)間的計(jì)算就要結(jié)合冷床電機(jī)轉(zhuǎn)速、減速機(jī)減速比、主令控制器減速比等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行。通過這樣的程序設(shè)計(jì)，主令接點(diǎn)的閉合動(dòng)作可以立即停止冷床，在控制冷床停止時(shí)電機(jī)的慣性就不會(huì)將主令接點(diǎn)旋即打開，保證冷床可以正常運(yùn)行，而不會(huì)出現(xiàn)無法停下來的情況。

4 結(jié)語

工業(yè)影響著我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平，冶金企業(yè)在連鑄機(jī)電氣運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)其社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的統(tǒng)一。因此，必須要認(rèn)識到在冶金連鑄電氣中運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)的重要性，不斷優(yōu)化PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，推動(dòng)冶金連鑄電氣的自動(dòng)化。