板坯連鑄機(jī)軟壓下控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

柴智彬

摘 要：本文介紹了板坯連鑄機(jī)ASTC軟壓下的工藝，并在此基礎(chǔ)上闡述了板坯連鑄機(jī)軟壓下的控制方案及控制系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的解決方案，詳述了其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和工作原理。

關(guān)鍵詞：軟壓下；控制系統(tǒng)；ASTC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.035

0 引言

連鑄機(jī)軟壓下技術(shù)是控制坯子液體流動(dòng)凝結(jié)、緩解坯子中間偏析程度的一項(xiàng)特殊方法，在提高坯子整體質(zhì)量、促進(jìn)鑄機(jī)產(chǎn)量效益和優(yōu)化后面軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程等方面具有特別明顯的先進(jìn)性。鑄機(jī)拉矯機(jī)控制輥（包括自由輥和驅(qū)動(dòng)輥）夾縫距離的控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)壓下輥的冷熱壓和夾縫的自動(dòng)控制，還有二級(jí)模型精確追蹤坯子的冷、熱態(tài)的實(shí)際狀態(tài)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)坯子凝固節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)軟壓下。

1 鑄機(jī)ASTC軟壓工藝設(shè)備

（1）軟壓下工藝。我們講的ASTC就是通過(guò)追蹤鋼液中心且精準(zhǔn)確定核心區(qū)域的基準(zhǔn)控制自由棍和驅(qū)動(dòng)輥的壓下位置，從結(jié)晶器方向壓擠化學(xué)成分超標(biāo)的鋼水芯，讓鋼液相對(duì)流動(dòng)，在鋼坯里再次調(diào)配，來(lái)起到降低坯子內(nèi)部偏析和降低密度的目的。另外，也能通過(guò)補(bǔ)償沿坯子核心線因凝結(jié)造成的縮孔和空間，從接近鋼水芯凝固末端的地方，通過(guò)調(diào)節(jié)鑄坯厚度去實(shí)現(xiàn)軟壓下過(guò)程。

（2）軟壓下設(shè)備。ASTC扇形段壓下輥縫調(diào)節(jié)技術(shù)，會(huì)達(dá)到扇型段輥縫的自動(dòng)調(diào)節(jié)。使用在板坯連鑄機(jī)曲形扇形段、拉直扇形段和平面扇形段使用帶有液壓輥縫調(diào)節(jié)技術(shù)的扇形段，并輔以隨時(shí)調(diào)節(jié)作用的二冷模型精確追蹤坯子的冷熱調(diào)節(jié)進(jìn)程，再利用所開(kāi)發(fā)的軟壓下模型，從而對(duì)鑄坯凝固終點(diǎn)的即時(shí)軟壓下。

ASTC軟壓下具有液壓輥縫控制技術(shù)的扇形段，其液壓系統(tǒng)由四個(gè)液壓缸構(gòu)成。為了實(shí)現(xiàn)精確定位，每一個(gè)液壓缸配備一個(gè)能夠高速響應(yīng)電磁閥，液壓缸運(yùn)動(dòng)速度的降低是靠一個(gè)直徑為0.8mm的阻尼孔完成的。液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度約1mm/S電磁閥有三個(gè)位置，通過(guò)控制閥芯的不同位置來(lái)完成輥縫增加、減小和保持的動(dòng)作。

同時(shí)，每一個(gè)液壓缸配備一個(gè)內(nèi)置的磁致伸縮式的位置傳感器，它的線性和絕對(duì)位置可達(dá)到5μm的精度，其主要功能就是通過(guò)采集每個(gè)液壓缸位移值來(lái)計(jì)算出，扇型段四個(gè)點(diǎn)（四個(gè)角）的輥縫值。

2 ASTC軟壓下控制系統(tǒng)

（1）工作原理。在位置調(diào)節(jié)狀態(tài)下，調(diào)節(jié)系統(tǒng)選用SSI數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)位移傳感器的數(shù)據(jù)收集，用頻繁的采樣周期將液壓缸里的高精度位移傳感器實(shí)測(cè)到的活塞桿位移即驅(qū)動(dòng)輥及自由棍壓下實(shí)際位置發(fā)送到系統(tǒng)PLC內(nèi)，再和由1級(jí)畫面顯示或2級(jí)模型機(jī)傳發(fā)的輥縫設(shè)定值對(duì)比，即時(shí)算出位移偏差，使用特定的控制算法算出需要調(diào)節(jié)量，傳出控制信號(hào)通過(guò)比例放大板放大后，以調(diào)節(jié)比例減壓閥的閥芯動(dòng)作，要壓力控制在制定范圍內(nèi)，從而控制驅(qū)動(dòng)輥和自由輥液壓缸的位置達(dá)到設(shè)定值。

（2）扇形段軟壓下電氣控制系統(tǒng)的構(gòu)成。根據(jù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，扇形段軟壓下控制系統(tǒng)主要由二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成。

1）扇形段軟壓下二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。二級(jí)計(jì)算機(jī)通過(guò)動(dòng)態(tài)二冷模型準(zhǔn)確跟蹤鑄坯的凝固進(jìn)程和液芯位置，并根據(jù)計(jì)算出的液芯位置決定實(shí)施動(dòng)態(tài)軟壓下的壓下區(qū)間，即決定具體實(shí)施軟壓下的扇型段。

2） 扇形段軟壓下一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)。一級(jí)自動(dòng)化由HMI計(jì)算機(jī)和PLC系統(tǒng)構(gòu)成，扇型段輥縫的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史趨勢(shì)可在HMI畫面顯示，HMI畫面上也可完成靜態(tài)輥縫控制、輥縫校準(zhǔn)和強(qiáng)制壓下等操作，使軟壓下系統(tǒng)的操作更加靈活、簡(jiǎn)便。

PLC系統(tǒng)由PLC主站、一個(gè)控制電磁閥輸出的遠(yuǎn)程控制柜和一個(gè)采集輥縫位移傳感器數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程控制柜組成。

扇形段軟壓下一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)采用SIEMENS S7-400 PLC系統(tǒng)，S7-400 PLC主站的硬件單元是由cp模塊、機(jī)架本體、CPU模塊、DI/DO模塊、AO/AI模塊、以Ethernet模塊等構(gòu)成，和另外的PLC和二級(jí)計(jì)算機(jī)之間通過(guò)Ethernet通訊連接。操作電磁閥輸出的就地操作柜硬件連接采用ET200M系列，由電源模塊、本體機(jī)架、DP網(wǎng)通訊模塊、DI模塊（帶繼電器輸出）等組成。采集輥縫位移傳感器數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程控制柜硬件單元采用ET200S系列，由CP模塊、本體機(jī)架、DP通訊模塊、位置輸入模塊（SSI接口）等構(gòu)成。主站與遠(yuǎn)程柜之間采用Profibus-DP通訊方式。

扇形段軟壓下一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)采用SIEMENS S7-400 PLC系統(tǒng)，其特點(diǎn)是以CPU為核心，將電氣傳動(dòng)和邏輯控制、自動(dòng)檢測(cè)和控制、數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理緊密的融合起來(lái)，含有眾多的軟件資源的高科技工業(yè)自動(dòng)化控制器。該軟件優(yōu)點(diǎn)是使用繼電器調(diào)節(jié)控制的梯形圖語(yǔ)言或另外的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，用程序邏輯控制來(lái)取代實(shí)線聯(lián)接控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件控制的目的，具有極高的可靠性。

（3）一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)主要功能。扇形段軟壓下控制系統(tǒng)有自動(dòng)和調(diào)試兩種控制方式。在自動(dòng)方式下，首先由二級(jí)計(jì)算機(jī)或HMI畫面發(fā)送每一個(gè)扇型段的輥縫設(shè)定值，PLC比較設(shè)定值和實(shí)際值來(lái)控制電磁閥得失電；在調(diào)試模式下，工藝人員在電腦控制畫面或遠(yuǎn)程控制屏上下達(dá)設(shè)備動(dòng)作指令，使PLC執(zhí)行。其功能主要有：1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)及液壓缸位移傳感器的數(shù)據(jù)采集與計(jì)算。2）通過(guò)以太網(wǎng)通訊接收來(lái)自二級(jí)計(jì)算機(jī)或HMI畫面的數(shù)據(jù)，包括輥縫的設(shè)定值和電磁閥的動(dòng)作命令。3）實(shí)現(xiàn)輥縫控制規(guī)則：每10ms通過(guò)輥縫傳感器的位置值計(jì)算出輥縫的實(shí)際值。用這些實(shí)際值與設(shè)定值作比較。如果偏差超出了偏差范圍，重新定位將開(kāi)始。向液壓缸的電磁閥將發(fā)出上升或下降指令，實(shí)現(xiàn)輥縫控制。4）故障判斷，向二級(jí)計(jì)算機(jī)或HMI畫面發(fā)送報(bào)警數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

連鑄的扇形段軟壓下技術(shù)在提高坯子整體質(zhì)量、促進(jìn)鑄機(jī)產(chǎn)量效益和優(yōu)化后面軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程等方面具有特別明顯的先進(jìn)性和獨(dú)特優(yōu)越性。隨著電液傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展及其在連鑄中的不斷應(yīng)用，軟壓下技術(shù)在連鑄中的應(yīng)用必將是一種勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。

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