【摘要】 本文主要介紹了煉鋼廠4號(hào)板坯連鑄機(jī)的自動(dòng)化控制和生產(chǎn)工序。自動(dòng)化控制的總體設(shè)計(jì)采用了全集成自動(dòng)化（TIA）平臺(tái)，包括SIEMENS公司的監(jiān)控、編程軟件與硬件的設(shè)計(jì)使用，工業(yè)以太網(wǎng)及Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，遠(yuǎn)程通訊控制和冗余技術(shù)的使用，使整套連鑄機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有可靠、穩(wěn)定、安全、易操作和可擴(kuò)展功能等性能和特點(diǎn)。 【關(guān)鍵詞】 板坯連鑄機(jī)；全集成自動(dòng)化；監(jiān)控；編程；工業(yè)以太網(wǎng)；現(xiàn)場(chǎng)總線；冗余； 【Abstract】 This text mainly introduces the automation control of No.4 Slab Continuous Casting Machine in the steel making plant and it’s production sequence. The total design of automation control adopts Totally Integrated Automation( TIA) flatform, including the production’s design of SIEMENS such as the monitoring software, programmin software and hardware. It also includes the application of SIEMENS industrial ethernet, Profibus, remote communication control and redundance technology. This makes the automation control system of the Continuous Casting Machine has following features: reliability, stabilization,safety, operability and extendibility, etc. 【Keyword】 Slab Continuous Casting Machine; Totally Integrated Automation( TIA); monitoring; programming; industrial ethernet; fieldbus; redundance. 1．前言 近幾年電子技術(shù)日新月異蓬勃發(fā)展，電氣控制技術(shù)發(fā)展相當(dāng)成熟。煉鋼廠在2005年5月底建成4號(hào)板坯連鑄生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)生產(chǎn)1400mm×200mm板坯，二冷水采用氣霧冷卻方式。工藝上與煉鋼廠正在生產(chǎn)的另一條3號(hào)板坯連鑄生產(chǎn)線完全相同，設(shè)備也基本相同，自動(dòng)化控制方面“三電合一”采用了世界上先進(jìn)的全集成自動(dòng)化（TIA）平臺(tái)。 2．系統(tǒng)配置 連鑄電氣控制系統(tǒng)配置了兩臺(tái)HMI服務(wù)器和一臺(tái)工程師站服務(wù)器，放置在主電室，其它作為客戶機(jī)，放置在主控室四臺(tái)（OS1）、大包操作室一臺(tái)（OS3）、結(jié)晶器和扇形段旁各一臺(tái)（OS4OS16）、目檢室兩臺(tái)（OS26）、出坯指令室一臺(tái)（OS40）?；鹧媲懈顧C(jī)、布袋除塵、噴印機(jī)、電磁攪拌等自動(dòng)化控制系統(tǒng)是成套供貨。其它設(shè)備都是采用SIEMENS公司的PLC產(chǎn)品進(jìn)行控制。PLC采用了SIEMENS S7-400系列。整個(gè)工程分為COMMON PLC、STRAND PLC、MLC/BOPS PLC、TCS1 PLC、TCS2 PLC、RUNOUT PLC、E-STOP PLC等六個(gè)部分。使用Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；PLC通過SETP7 5.2編程，監(jiān)控站采用基于WINDOWS2000操作系統(tǒng)的SIMATIC Wincc6.0組態(tài)監(jiān)控軟件。 3．控制對(duì)象及生產(chǎn)控制流程 　　煉鋼廠4號(hào)連鑄機(jī)是1機(jī)1流板坯（1400×200）連鑄機(jī)?？刂茖?duì)象包括大包回轉(zhuǎn)臺(tái)、中間罐車（2臺(tái)）、天然氣烘烤站（2臺(tái)）、結(jié)晶器、排蒸風(fēng)機(jī)（2臺(tái)）、排煙風(fēng)機(jī)、引錠桿及卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)、扇形段、拉矯機(jī)、液壓站、給脂系統(tǒng)、儀表站、脫錠機(jī)、竄動(dòng)輥、切割機(jī)、輥道、噴印機(jī)、去毛刺機(jī)、板坯轉(zhuǎn)盤等。 工作方式及控制內(nèi)容 手動(dòng)方式： 　　隨時(shí)可將工作方式轉(zhuǎn)為手動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)時(shí)，斷開自動(dòng)控制和有關(guān)設(shè)備這間的聯(lián)鎖，這時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不發(fā)生任何中斷或改變，直到操作者給出新的控制指令為止。在手動(dòng)方式時(shí)，下列設(shè)備可以在相應(yīng)操作臺(tái)進(jìn)行手動(dòng)控制。OS4操作箱：手動(dòng)操作結(jié)晶器振動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)按鈕盒操作拉矯機(jī)；OS16操作臺(tái)：手動(dòng)操作拉矯機(jī)向前、向后、手動(dòng)操作脫引錠裝置；OS16操作臺(tái)：手動(dòng)操作扇形段（3-12）夾緊、松開；手動(dòng)操作傳動(dòng)上、下輥打開壓下； 自動(dòng)方式： 　　連鑄機(jī)工作主要是在自動(dòng)方式時(shí)進(jìn)行的。在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，僅需操作有關(guān)的幾只按鈕，其余各設(shè)備的運(yùn)行是由引錠桿跟蹤系統(tǒng)和聯(lián)鎖關(guān)系控制的。當(dāng)在“澆鑄”時(shí)，把選擇開關(guān)轉(zhuǎn)為“手動(dòng)”，各設(shè)備間的聯(lián)鎖就被解除，跟蹤系統(tǒng)將繼續(xù)工作，其所送出的信號(hào)不起控制作用，僅作為參考。當(dāng)把選擇開關(guān)又從“手動(dòng)”轉(zhuǎn)為“自動(dòng)”時(shí)，自動(dòng)順序控制將按照跟蹤系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行。下列設(shè)備完全與“自動(dòng)”“手動(dòng)”工作方式選擇無(wú)關(guān)：大包回轉(zhuǎn)臺(tái)；1、2號(hào)中間罐車；引錠桿存放裝置；輥道設(shè)備；火焰切割機(jī)；液壓設(shè)備。 送引錠準(zhǔn)備控制： 　　4、5號(hào)扇形段夾送輥?zhàn)詣?dòng)打開且壓力正常；4、5號(hào)扇形段電機(jī)無(wú)故障且處于停止；4、7、10、12號(hào)扇形段編碼器無(wú)故障；引錠桿鏈在驅(qū)動(dòng)位；引錠桿車在潔凈其側(cè)；引錠卷?yè)P(yáng)鉤不在低位。 送引錠控制： 　　當(dāng)送引錠準(zhǔn)備好后，將選擇開關(guān)置位于“送引錠”，OS4上“送引錠”燈亮。如送引錠未準(zhǔn)備好而把選擇開關(guān)置于“送引錠”，此時(shí)“送引錠”燈閃爍，直到送引錠準(zhǔn)備好后則變成平光。但這不影響各設(shè)備送引錠前的準(zhǔn)備。在自動(dòng)方式時(shí)，可在OS4臺(tái)操作傳動(dòng)上輥打開和壓下；在OS4臺(tái)操作“引錠桿插入”、“引錠桿抽出”按鈕，啟動(dòng)輥道和拉矯機(jī)使引錠桿插入和退出?？稍贠S16臺(tái)點(diǎn)動(dòng)盒點(diǎn)動(dòng)拉矯機(jī)前、后運(yùn)行；閉鎖結(jié)晶器振動(dòng)；閉鎖OS4“澆鑄啟動(dòng)”按鈕；作為引錠桿跟蹤系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行的條件。當(dāng)引錠桿進(jìn)入結(jié)晶器后，可將工作方式選擇開關(guān)置于“澆鑄準(zhǔn)備”位。 澆鑄準(zhǔn)備控制： 　　1-16號(hào)電機(jī)無(wú)故障；扇形段夾送輥液壓正常；排蒸系統(tǒng)運(yùn)行正常；卷?yè)P(yáng)無(wú)收引錠故障；引錠桿卷?yè)P(yáng)自動(dòng)運(yùn)行；卷?yè)P(yáng)到達(dá)預(yù)下降位或下降停止位。 澆鑄控制： 　　如果澆鑄條件具備，則各操作臺(tái)上相應(yīng)燈亮；如果條件不具備，則燈閃爍，直到進(jìn)行了有關(guān)操作后，燈光變?yōu)槠焦?。此時(shí)可在OS4操作臺(tái)上按下“澆鑄啟動(dòng)”按鈕，澆鑄過程就自動(dòng)進(jìn)行（同時(shí)啟動(dòng)有關(guān)的設(shè)備：如噴霧水閥、結(jié)晶器振動(dòng)、拉矯機(jī)等）。 設(shè)備故障可在HMI監(jiān)控站上集中反映。 尾坯控制： 　　“尾坯”只是在工作方式“澆鑄”的狀態(tài)下才有效，它是在澆鑄將要結(jié)束時(shí)，由操作人員在OS4操作箱上按“澆鑄結(jié)束”按鈕，這時(shí)將自動(dòng)進(jìn)入“尾坯”工作狀態(tài)。　結(jié)晶器振動(dòng)裝置停止振動(dòng)；跟蹤系統(tǒng)控制OS4操作臺(tái)模擬盤上燈隨著坯尾的退出逐個(gè)熄滅；跟蹤系統(tǒng)控制拉矯輥抬起。 4．連鑄電氣控制系統(tǒng)主要軟件設(shè)計(jì) 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　二冷動(dòng)態(tài)控制：根據(jù)二冷區(qū)鑄坯的實(shí)際情況來(lái)及時(shí)改變二冷水量的控制方法叫動(dòng)態(tài)控制。其原理時(shí)：連鑄坯在二冷區(qū)的凝固有一定的要求，控制鑄坯在每個(gè)部位的溫度符合凝固要求，則可得到無(wú)缺陷鑄坯。首先根據(jù)鑄坯凝固要求設(shè)定鑄坯長(zhǎng)度方向上理想的溫度變化曲線。為了控制鑄坯各個(gè)部位的溫度，在鑄坯長(zhǎng)度方向上虛擬了很多小段，根據(jù)鑄坯傳熱數(shù)學(xué)模型計(jì)算和實(shí)際測(cè)定的鑄坯溫度得到各個(gè)小段的溫度，然后將得到的溫度與預(yù)定的理想溫度做比較，根據(jù)比較結(jié)果給出各個(gè)小段上最合適的冷卻水量并進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。一般有三種控制方法： 　?。?） 比例控制：即二次冷卻水量與拉速成一定比例的控制。通常表示為： Q=a V+ b 式中，Q——二次冷卻總水量，L/min；V——拉速，m/min；a、b——系數(shù)。 　?。?）參數(shù)控制：建立符合Q=AV2+BV+C的數(shù)學(xué)模型，將A、B、C參數(shù)存入計(jì)算機(jī)，澆注時(shí)選取對(duì)應(yīng)鋼種的參數(shù)，根據(jù)拉速自動(dòng)配置各回路水量。 　?。?）目標(biāo)表面溫度控制法：考慮了鋼種、拉速及澆注狀態(tài)建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出目標(biāo)溫度，實(shí)測(cè)鑄坯表面溫度，根據(jù)二者的差值，自動(dòng)調(diào)整冷卻強(qiáng)度。 主要設(shè)備電控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1．液壓站控制設(shè)計(jì) 　　液壓部分包括：高壓泵、油箱及附屬的油位、油溫計(jì)及油加熱器和冷卻器、油過濾器、循環(huán)泵、各種電磁閥及高壓蓄勢(shì)器等。在液壓站有四臺(tái)高壓泵、分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)和四號(hào)。在正常情況下為三臺(tái)工作，一臺(tái)備用。在OS23操作箱可選擇遠(yuǎn)程和本地控制。選擇本地控制，可手動(dòng)開啟任意一臺(tái)高壓泵。當(dāng)液壓系統(tǒng)啟動(dòng)工作時(shí)，按照程序設(shè)定的優(yōu)先級(jí)3臺(tái)高壓泵自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)工作泵出現(xiàn)電氣故障或在泵啟動(dòng)運(yùn)行5秒鐘還達(dá)不到規(guī)定壓力時(shí)，備用泵自動(dòng)投入工作，并發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。液壓站另有兩臺(tái)循環(huán)泵，一備一用。控制方式與高壓泵類似。借助油位、油溫計(jì)，可以監(jiān)控液壓站運(yùn)行狀況，在HMI畫面上可以看到油位、油溫報(bào)警情況。當(dāng)油溫低于30度，加熱器運(yùn)行；當(dāng)高于50度時(shí)冷卻器運(yùn)行。 2．拉矯電控設(shè)計(jì) 　　拉矯電控系統(tǒng)采用了SIEMENS A&D公司的全數(shù)字變頻整流傳動(dòng)裝置。該裝置具有高穩(wěn)態(tài)精度和優(yōu)良的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，具有電流、速度、電勢(shì)環(huán)自調(diào)節(jié)功能(P、I參數(shù)的自優(yōu)化調(diào)整)。該裝置控制、調(diào)節(jié)均由16位微處理器執(zhí)行，可通過軟件進(jìn)行調(diào)試，操作簡(jiǎn)單。同時(shí)該裝置具有高效的故障診斷功能，用戶和變流器之間通過接口進(jìn)行信息交換、命令和其它信息，還可作為集中數(shù)控的組成部分，通過串行通訊總線可進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換,查找故障非常簡(jiǎn)單。拉矯速度由操作電位器控制輸入給定電壓信號(hào),拉矯速度信號(hào)還通過DP網(wǎng)和PLC主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信,以求拉矯速度和二冷配水符合工藝設(shè)計(jì)要求。 3．大包回轉(zhuǎn)臺(tái)電控設(shè)計(jì) 　　大包回轉(zhuǎn)臺(tái)控制分為：回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)控制、大包臂升降控制、鋼包蓋升降旋轉(zhuǎn)控制及緊急停止。 　　回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)控制：正常情況下，回轉(zhuǎn)臺(tái)由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的位置由編碼器檢測(cè)，由限位開關(guān)校正。如果鋼包水口失控時(shí)，操作人員可以通過OS3的緊急旋轉(zhuǎn)按鈕控制變頻電機(jī)將鋼包旋轉(zhuǎn)到事故鋼包位置。當(dāng)電機(jī)故障時(shí)，可以通過緊急壓縮空氣驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)。緊急壓縮空氣驅(qū)動(dòng)裝置與變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)互鎖。 　　大包臂升降控制：大包臂位置由5個(gè)接近開關(guān)控制。液壓系統(tǒng)提供升降動(dòng)力。操作人員通過OS3上的按鈕進(jìn)行升降操作。 　　鋼包蓋升降旋轉(zhuǎn)控制：當(dāng)OS2上包蓋選擇開關(guān)打到OFF位置時(shí)，可在OS3上進(jìn)行包蓋升降旋轉(zhuǎn)操作。只有包蓋位于上限位時(shí)才可進(jìn)行旋進(jìn)旋出操作。在OS2上，可選擇對(duì)1號(hào)或2號(hào)包蓋進(jìn)行升降旋轉(zhuǎn)操作。包蓋位置由行程開關(guān)控制。由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。 　　緊急停止：在OS1、OS3、OS4、OS6上均可緊?；剞D(zhuǎn)臺(tái)及包蓋。 4．中間包車電控設(shè)計(jì) 　　中間包車控制分為：走行