兴澄钢铁公司大方坯连铸机自动控制__

兴澄钢铁公司大方坯连铸机自动控制

2008/4/29 13:55:00

摘要：介绍了兴澄钢铁有限公司大方坯连铸机自动控制系统的组成，叙述了自控系统实现的各种功能，给出了应用软件开发方法、系统运行情况及应用经验。
关键词：连铸机　自动控制　应用软件开发

Automatic control of bloom continuous casting machine at Xingcheng Iron and Steel Co Ltd

Sun Hao
(Automation Research Institute of MMI　Beijing　100071)
Wang Hongxiang　Ji Wenge
(Xingcheng Iron and Steel Co Ltd)

Abstract　The configuration of automatic control system for bloom continuous casting machine at Xingcheng Iron and Steel Co Ltd is briefly introduced. Various functions implemented by the automatic control system are described. The application software development, system operation performance and application experience are given.
Key words　continuous casting machine; automatic control; application software development

0　概述
　　兴澄钢铁有限公司五机五流大方坯连铸机，设计生产180mm×180mm及300mm×300mm断面的方坯，年产量60万t，可浇注低合金钢、普碳钢、轴承钢、弹簧钢等。主要参数如下：弧形弯曲半径R12m，采用柔性引锭杆，设计拉速范围0.3～3.0m/min，大包容量100t，中包容量30t，二冷水采用气雾冷却方式，铸机冶金长度36000mm，流间距1000mm，切坯长度6～12m。
　　该连铸机的控制系统，采用了统一的ARCNET网的系统结构，网上挂有可编程控制器、回路调节器、基于客户机／服务器结构的监控站和过程机等，实现了控制功能分散、管理功能集中，是一套包括顺控、回路调节、过程机“三电”一体化的自控系统。

1　系统配置
　　基础级采用意大利欧西公司的PMC-15可编程控制器、TLOOP回路控制器及Intel Pentium PC机。PC机作为监控站，运行欧西公司的基于NT的Cube ver 2.02环境；过程级则既采用了Intel Pentium PC机，也采用了digital Alpha AXP机，前者为Cube站，后者则安装有可视化编程工具VC 4.0并运行SQL server作为过程机。基础级和过程级挂在同一级网上，PC机主要参数为CPU P／133、RAM 40MB、硬盘1.2GB，作为服务器和编程站的PC同时还配有4倍速光驱。
1.1　硬件构成
　　控制系统设备分布在主控室、基础自动化室、火切控制室及计算机房等处。
　　PMC1～PMC5用于铸流1～5控制；PMC6用于公共区控制；TLOOP1～TLOOP5用于铸流1～5结晶器液位控制；PC1、PC2为主控室监控站，PC1为服务器，PC2既为客户机同时也配置成后备服务器；PC3、PC4、PC9为digital Alpha AXP；PC5客户机为火切室监控站；PC6为系统编程维护站；PC7、PC8为过程级Pentium机。PC3～4、PC7～9均安装在计算机房，这5台机器共同承担数据库、过程级功能及质量判断模型运行任务。
1.2　软件配置
　　平台软件Cube包括8种基本的基于Windows NT的模块，各Cube站选装某些Cube模块，所有Cube站构成集成Cube环境。其中服务器模块提供集中的数据管理和历史档案存储服务，而客户机模块则可通过本地网访问服务器站点的数据，基本模块如下：
　　．Cube-FND　　　Cube软件基本核；
　　．Cube-PDECube开发环境；
　　．Cube-ODSCube运行调试环境；
　　．Cube-GMSCube画面监控系统；
　　．Cube-PDB／PDDCube过程数据库／过程数据显示；
　　．Cube-ADB／ADDCube报警数据库／报警数据显示；
　　．Cube-EMSCube事件管理系统；
　　．Cube-RMSCube报表管理系统。
　　客户机Cube站安装有FND、GMS、ADD、PDD和ODS模块，服务器Cube站提供的是FND、GMS、ADB／ADD、PDB／PDD和ODS，PDE环境则在编程维护站上提供。

2　基础自动化
2.1　大包回转台(LT)的控制
　　LT控制包括：(1)正常和事故旋转的控制，LT主电机为VVVF控制的22kW交流电机，两情形下LT旋转方向、减速、刹车和准停，均由编码器测得位置反馈后通过改变变频器方向和速度给定来完成；(2)大包的锁定与释放；(3)大包称重信号处理；(4)加载、浇注位大包臂的变速升降；(5)大包盖的旋进旋出及升降；(6)滑动水口的正常控制和紧急关闭，以及通过PID控制滑动水口开度来控制中包钢水重量。
　　LT监控画面显示包括大包号、大包重量、钢水温度、大包到达时间、开浇时间等参数，以及大包臂所处位置角度、升降状态、锁定状态等。
2.2　中包车(TC)的控制
　　TC的控制包括：(1)中包车的行走控制，TC主电机为VVVF控制的7.5kW交流电机，通过变频器完成其变速进退及点动对中，紧急后退，与中包预热站的联锁；(2)中包升降控制；(3)中包塞棒控制则由手／自动切换阀、阻断阀、伺服阀和紧急关断阀构成。在进行塞棒的调节和关闭动作时，PMC自动完成伺服阀的开度控制及上述各阀的联锁控制。
2.3　液压站的控制
　　连铸区设3个液压站：(1)中央液压站(CH)，负责连铸平台上除塞棒动作以外所有液压驱动设备，拉矫机、辊道及后部公共区的液压驱动；(2)结晶器液位控制(MLC)液压站，负责塞棒系统的液压驱动；(3)中包液压站(CHT)，独立提供中包倾翻操作时的液压动力。
　　PMC通过温度巡测，对加热器及冷却装置的启停实现了CH油温自动控制。CH的高压泵(HP)和循环泵(CP)均具有压力监视和报警，可选择自动、手动和备用3种操作方式。当在线运行的某泵故障停机时，备用泵即自动投入取代故障泵。MLC液压站也有类似功能。
　　对通过比例阀完成的液压驱动，PMC则是将控制信号(如液压执行机构动作的方向和速度等)输出到对应的专用比例控制模块。
2.4　冷却水系统的控制
　　冷却水包括3部分：设备冷却水、事故冷却水和喷淋水(二冷水)。对设备冷却水而言，控制系统只进行报警监视；而对事故冷却水，控制系统不仅进行状态监视，而且还具有在紧急时自动打开事故水的功能。
　　喷淋水具有手动、固定设定点、按存储曲线和计算机控制4种方式。手动可将各喷淋段对应的阀直接将开度从0%开至100%；固定设定点方式下控制器设定为固定值进行控制；按存储曲线控制时，对每个喷淋段系统都存有10种不同的水量值计划，按需选取。计算机控制则可由过程计算机根据浇注速度和钢种等给出每个喷淋段的流量设定。
　　喷淋水通用的计算公式是：
总供水量(L/min)=喷淋等级(L/kg)．线密度
　　　　　　　　(kg/m)．浇注速度(m/min)
　　第1、2、3区各分配50%、30%、20%的供水量。
　　通过二冷水监控画面可实现二冷水系统各区气水各阀的远程手动操作。
2.5　引锭杆与铸坯位置自动跟踪
　　进入送引锭时，从送引锭条件画面上确认各项条件后，PMC控制将引锭杆自动送入。引锭杆上第2孔通过光栅时发出同步信号，确定引定杆头的位置；PMC跟踪引锭杆头位置并控制辊道组RT2.1、RT1的启停，拉矫机各辊的开闭及旋转。跟踪指示引锭杆头到达结晶器下1m时，停止自动送引锭，由点动调整完成引锭杆头对中。
　　开浇时，跟踪程序通过跟踪引锭杆头的位置完成自动脱锭和控制引锭杆自动返回存储装置。同时，铸坯位置自动跟踪对浇注方式、尾坯方式的控制也很重要。如两炉钢连浇时，冷却水和切割都要将复合浇注的接头位置加以考虑等。
　　通过铸流监控画面可以准确观察被跟踪的引锭杆实际位置状态，该画面同时也显示热锭长度、拉矫机运行状态等。
2.6　拉矫机的控制
　　拉矫机由25＃辊、29＃辊和33＃辊3组辊组成，其控制包括开闭和转速。
　　开闭控制对应于25＃和29＃辊配有6个伺服阀，33＃辊配有5个伺服阀。各组辊的开、冷压闭和热压闭均按照其对应的伺服阀控制真值表实行控制。
　　旋转驱动均为7.5kW交流电机，3组辊上均装有编码器测速。正常时29＃辊转速代表拉矫机转速。若该编码器不正常，依次取33＃辊或25＃辊编码器的测速作为拉矫机转速。速度设定可由监控站或浇注平台上后备操作盘完成，在设定速度下，通过PID控制来稳速。
　　在给3组辊相同设定时，由于信号经过各环节产生累积误差，使得最终在变频器上反映的赫兹数不相等，实测在设定某一拉矫速度水平时，给予各组辊以修正系数，使3组辊变频器赫兹数相等。改变设定点，获得一组新数据，如此则可形成一张完整的修正系数矩阵。这样，3组辊速度平衡便可通过修正系数矩阵来实现。
2.7　结晶器控制
2.7.1　结晶器液位控制
　　结晶器液位检测采用罗兰公司提供的Cs-137检测仪及前端处理柜，前端处理带有滤波及平滑算法，可以选择设定相应的采样周期的参数，信号经处理后送至TLOOP站。
　　为防止钢水液面长时间相对固定腐蚀结晶器内壁，在控制结晶器液位时对设定值叠加了正弦补偿。
　　结晶器液位控制提供了上调法和下调法，分别通过PID控制塞棒伺服阀开度和通过调节拉矫机速度来调节结晶器液位。
2.7.2　结晶器振动频率控制
　　结晶器振动采用了变频器控制，频率调节范围0～250Hz，振动频率独立于拉速，可以通过结晶器监控画面设定，也可在机旁操作箱上设定。
2.8　其他设备的控制
　　PMC还控制输出辊道、横移机、冷床和推钢机等。
　　结晶器润滑、电磁搅拌、火切机、打号机等则各有专用控制装置，PMC与其只有设定或工作方式的信号交换。