炼钢厂1号板坯连铸机自动控制

【摘要】 本文主要介绍了炼钢厂1号板坯连铸机的自动化控制和生产工序。自动化控制的总体设计采用了全集成自动化（TIA）平台，包括SIEMENS 公司的监控、编程软件与硬件的设计使用，工业以太网及Profibus现场总线的应用，远程通讯控制和冗余技术的使用，使整套连铸机的自动化控制系统具有可靠、稳定、安全、易操作和可扩展功能等性能和特点。 【关键词】 板坯连铸机；全集成自动化；监控；编程；工业以太网；现场总线；冗余； 【Abstract】 This text mainly introduces the automation control of No.1 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, programming 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 　　近几年电子技术日新月异蓬勃发展，电气控制技术发展相当成熟。炼钢厂在2004年底将小方坯生产线改造为1号板坯连铸生产线，设计生产1400mm×200mm板坯，二冷水采用气雾冷却方式。工艺上与炼钢厂正在生产的另一条5号板坯连铸生产线完全相同，设备也基本相同，但考虑到要稳定、可靠、长期的运行，自动化控制方面“三电合一”采用了世界上先进的全集成自动化（TIA）平台。 2．系统配置 　　连铸电气控制系统配置了三台上位机，一台作为服务器，放置在主电室，其它二台作为客户机，放置在主控室。火焰切割机自动化控制系统是成套供货，使用AB公司的SLC--500可编程控制器控制。其它设备都是采用SIEMENS公司的PLC产品进行控制。PLC采用了SIEMENS S7-400系列（2台），一台使用，一台冗余。CPU的型号CPU 417-H；还配备了2M的flash存储卡2块。用于工业以太网的EtherNet模块CP 443-1 （2块）；ET200远程模块20块（冗余）；数字量输入模块是32点DI模块（16块）；数字量输出模块是32点DO模块（17块）；模拟量输入模块是8点AI模块（12块）；模拟量输出模块是4点AO模块（7块）；高速计数模块FM计数器模块用于钢坯跟踪、测长等；使用Profibus－DP现场总线技术；PLC通过SETP7 5.2编程软件，监控站采用基于WINDOWS操作系统（Windows 2000或XP）的HMI/SCADA软件SIMATIC Wincc6.0组态监控软件，1套完全版，2套运行版。 3．系统组态 　　1号板坯连铸机由SIEMENS的一台S7－400H PLC主机（另一台冗余）和7台远程站（10＃远程站、12＃远程站、14＃远程站、16＃远程站、18＃远程站、20＃远程站、22＃远程站）和三台HMI监控站进行控制，（切割机自动化控制通过采样编码器信号进行控制，是一套独立的系统）。主要功能实现在P1操作台（主控室）、P3操作箱（浇钢平台）、P41、P42操作台（阀门站旁）、P6操作台（切割室）、P7操作箱（夜压室）P8操作箱（大包平台）操作台和配水室进行操作使用。远程站使用ET200（冗余），用PROFIBUS DP现场总线和PLC主机进行通讯、交换数据；PLC主机通过工业以太网和光缆从监控站传输、接受数据；监控站一台HMI设为服务器，二台HMI设为客户机，用监控软件WINCC V6 制作人机对话界面，实现在线修改和监视功能。（参见系统组态图） 4．控制对象及生产控制流程 　　炼钢厂1号连铸机是1机1流板坯（1400×200）连铸机。控制对象包括大包回转台、中间罐车（2台）、煤气烘烤站（2台）、结晶器、拉矫机、脱锭机、切割机、窜动台架、辊道、排蒸风机（2台）、液压站、仪表站。 生产控制流程： 工作方式及控制内容 断开方式： 　　跟踪系统停止和铸流有关的驱动，有下列设备电源切断： （1）结晶器振动； （2）结晶器振动直流调速装置； （3）拉矫机直流调速装置； 手动方式： 　　随时可将工作方式转为手动。当转为手动时，断开自动控制和有关设备这间的联锁，这时设备运行状态不发生任何中断或改变，直到操作者给出新的控制指令为止。 　　在手动方式时，下列设备可以在相应操作台进行手动控制。 P3操作箱：手动操作结晶器振动、点动按钮盒操作拉矫机； P41操作台：手动操作拉矫机向前、向后、手动操作脱引锭装置； P42操作台：手动操作扇形段（1~9）夹紧、松开；手动操作传动上辊打开压下； P6操作台：手动操作传动下辊打开、压下。 自动方式： 　　连铸机工作主要是在自动方式时进行的。在自动状态时，仅需操作有关的几只按钮，其余各设备的运行是由引锭杆跟踪系统和联锁关系控制的。当在“浇铸”时，把选择开关转为“手动”，各设备间的联锁就被解除，跟踪系统将继续工作，其所送出的信号不起控制作用，仅作为参考。当把选择开关又从“手动”转为“自动”时，自动顺序控制将按照跟踪系统继续进行。 　　下列设备完全与“自动”“手动”工作方式选择无关：大包回转台；1、2号中间罐车；引锭杆存放装置；辊道设备；火焰切割机；液压设备。 送引锭准备控制： P1、P3、P41、P6“送引锭准备”灯亮，如此时： 液压高压泵未起动，则P1、P6台“液压工作”灯闪烁； 34、40、46、52、58、64号上辊未打开，则P42、P6相应灯闪烁； 1~9扇形段中若有压力不正常时，P41台相应灯闪烁； 拉矫机直流调速柜未合闸，相应P1台灯闪烁； 引锭杆笼未在辊道上，P6台“引锭杆笼至接收位”灯闪烁。 以上设备闪烁时，均表示需要作相应操作，使其达到“送引锭准备”的要求，而后变为平光。送引锭准备需满足以上条件(绿灯全亮):当上述条件满足后，P1、P3、P41、P6台上“送引锭准备时”灯亮，此时便可将选择开关置位于“送引锭”。 送引锭控制： 当送引锭准备好后，将选择开关置位于“送引锭”，P1、P3、P41、P6台上“送引锭”灯亮。 如送引锭未准备好而把选择开关置于“送引锭”，此时“送引锭”灯闪烁，直到送引锭准备好后则变成平光。但这不影响各设备送引锭前的准备。 在自动方式时，可在P6台操作传动上辊打开和压下； 在P6台操作“引锭杆插入”、“引锭杆抽出”按钮，启动辊道和拉矫机使引锭杆插入和退出。 可在P3台点动盒点动拉矫机前、后运行； 闭锁结晶器振动； 闭锁P3台“浇铸启动”按钮； 作为引锭杆跟踪系统启动运行的条件。 当引锭杆进入结晶器后，可将工作方式选择开关置于“浇铸准备”位。 浇铸准备控制： 各操作台相应灯亮。此时： 液压站高压泵未起动，则P1台“液压工作”灯闪烁及HMI画面闪烁提示； 1~9扇形段无压力，P41台相应的灯闪烁及HMI画面闪烁提示； 结晶器水阀未开，P1台相应灯显示HMI画面闪烁提示； 设备水阀未开，P1台相应灯显示HMI画面闪烁提示； 雾化气总管压力低，HMI画面闪烁提示； 二冷水总管压力低，HMI画面闪烁提示； 仪表起源压力低，HMI画面闪烁提示； 结晶器振动可控硅装置未接通，P1台相应灯显示及HMI画面闪烁提示； 拉矫机可控硅装置未接通，P1台相应的灯显示及HMI画面闪烁提示； 1#或2#蒸汽排出风机未起动，P1台相应的灯显示及HMI画面闪烁提示； 火焰切割机未准备好，HMI相应画面闪烁提示； 以上设备运行灯闪烁，均表示需要作相应的操作，达到要求后闪烁灯光变为平光。 浇注准备需满足以上条件(绿灯全亮): 当相关条件满足后，P1、P3、P41、P6台上的“浇铸准备好”灯亮。此时可选择开关置于“浇铸”位。 浇铸控制： 如果浇铸条件具备，则各操作台上相应灯亮；如果条件不具备，则灯闪烁，直到进行了有关操作后，灯光变为平光。 此时可在P3操作台上按下“浇铸启动”按钮，浇铸过程就自动进行（同时启动有关的设备：如喷雾水阀、结晶器振动、拉矫机等）。 设备故障可在HMI监控站上集中反映。 尾坯控制： “尾坯”只是在工作方式“浇铸”的状态下才有效，它是在浇铸将要结束时，由操作人员在P3操作箱上按“浇铸结束”按钮，这时将自动进入“尾坯”工作状态。 结晶器振动装置停止振动； 跟踪系统控制P42操作台模拟盘上灯随着坯尾的退出逐个熄灭； 跟踪系统控制拉矫辊抬起。 5．连铸电气控制系统主要软件设计 冷却水系统设计 二冷动态控制：根据二冷区铸坯的实际情况来及时改变二冷水量的控制方法叫动态控制。其原理时：连铸坯在二冷区的凝固有一定的要求，控制铸坯在每个部位的温度符合凝固要求，则可得到无缺陷铸坯。首先根据铸坯凝固要求设定铸坯长度方向上理想的温度变化曲线。为了控制铸坯各个部位的温度，在铸坯长度方向上虚拟了很多小段，根据铸坯传热数学模型计算和实际测定的铸坯温度得到各个小段的温度，然后将得到的温度与预定的理想温度做比较，根据比较结果给出各个小段上最合适的冷却水量并进行控制调节。一般有三种控制方法： （1） 比例控制：即二次冷却水量与拉速成一定比例的控制。通常表示为： Q=a V+ b 式中，Q——二次冷却总水量，L/min；V——拉速，m/min；a、b——系数。 （2） 参数控制：<