引言

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是國家的基礎(chǔ)工業(yè),為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。近年來,隨著市場競爭日益激烈,促使鋼鐵企業(yè)必須加強(qiáng)技術(shù)改革,提高鋼鐵質(zhì)量和產(chǎn)能。將電氣自動化控制技術(shù)應(yīng)用于連鑄機(jī)的設(shè)備管理和生產(chǎn)控制,可實(shí)現(xiàn)連鑄鋼生產(chǎn)流程的自動化控制,提高鑄坯生產(chǎn)的效率和成材率。

1連鑄機(jī)結(jié)構(gòu)及連鑄工藝流程

連鑄機(jī)是煉鋼過程中的重要機(jī)械設(shè)備,其主要由運(yùn)載裝置、結(jié)晶振動裝置、結(jié)晶器和切割設(shè)備等組成,如圖1所示。

在鋼液澆筑時(shí),運(yùn)輸裝置首先將鋼包傳輸?shù)竭B鑄機(jī)上端,鋼液經(jīng)鋼包底部的通孔流入中間包,再打開中間包的塞棒,鋼液流入結(jié)晶器（結(jié)晶器是無底的殼體形態(tài),在鋼液注入前,提前安裝了"活底",這個(gè)"活底"叫引錠桿,對鑄坯進(jìn)行拉引）,流入完畢后引錠桿會自動堵塞水口。結(jié)晶器內(nèi)的鋼液冷凝形成坯殼,達(dá)到厚度要求后,開啟拉坯機(jī)和結(jié)晶振動裝置,鑄坯繼續(xù)移動到連鑄機(jī)的弧形段進(jìn)行二次冷卻,鑄坯在二次冷卻區(qū)域受噴水或噴霧的作用,冷卻至凝固狀態(tài),引錠桿將鑄坯送出扇形段進(jìn)行矯直,再由切割設(shè)備按尺寸切割鑄坯,最后運(yùn)輸裝置將鑄坯運(yùn)出,整個(gè)過程連續(xù)進(jìn)行,鑄坯不斷被拉出、冷凝、切割和運(yùn)出。

2連鑄機(jī)的電氣自動化控制系統(tǒng)

連鑄機(jī)的電氣自動化控制系統(tǒng)由電氣器件、傳動交流裝置、智能元件等組成,通過PLC控制系統(tǒng),傳輸數(shù)據(jù)、接收參數(shù)和測量工作相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)連鑄機(jī)工藝流程的區(qū)域功能和控制系統(tǒng)軟硬件的特點(diǎn),可以將連鑄機(jī)的板坯控制系統(tǒng)分為如下幾個(gè)區(qū)域:

2.1平臺控制區(qū)域

平臺控制區(qū)域主要為澆筑臺上的設(shè)備,包括鋼包回轉(zhuǎn)臺、中間包、結(jié)晶排煙風(fēng)機(jī)等,其功能是實(shí)現(xiàn)對連鑄工藝的控制,從而完成運(yùn)送鋼水、移動中間包等生產(chǎn)任務(wù)。

2.2鑄流控制區(qū)域

鑄流控制區(qū)域主要是指結(jié)晶器部分,由結(jié)晶振動裝置、壓力系統(tǒng)、扇形段壓下液壓裝置和跟蹤系統(tǒng)等部分構(gòu)成。在實(shí)際澆筑過程中,需要通過電氣自動控制系統(tǒng)對澆筑過程進(jìn)行反饋,其功能是實(shí)現(xiàn)對結(jié)晶器的液面控制、調(diào)寬、穩(wěn)定性檢測等操作,充分保證鑄坯生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

2.3液壓和潤滑區(qū)域

連鑄機(jī)的液壓系統(tǒng)包括液壓主系統(tǒng)、結(jié)晶液壓系統(tǒng)、出坯液壓系統(tǒng)和維修液壓站,在連鑄機(jī)的液壓系統(tǒng)上裝配有壓力傳感器,通過管線將工作中鋼液的壓力情況反饋給控制系統(tǒng),工作人員可通過反饋的數(shù)據(jù),調(diào)整指令,實(shí)現(xiàn)液壓區(qū)域的控制。液壓控制區(qū)的功能是保證整個(gè)工藝流程液壓功能的穩(wěn)定。潤滑系統(tǒng)的主要作用是分配潤滑脂,其電氣自動控制的目的在于保證生產(chǎn)工藝中供脂的穩(wěn)定,避免改變銀道時(shí)鑄坯表面出現(xiàn)劃痕。

2.4控制后臺區(qū)域

該區(qū)域是對出坯設(shè)備和后部銀道的控制,包括脫引錠設(shè)備、切割設(shè)備、對中裝置升降擋板等。后臺控制區(qū)域?qū)?shù)要求比較高,在控制設(shè)備上需要較多的電氣儀表設(shè)備,主要功能是通過控制切割車走位、切割槍電機(jī)的操作,提高切割的操作精度。

3連鑄機(jī)的電氣自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在連鑄機(jī)自動化控制系統(tǒng)中,需要設(shè)置多種電氣控制元件、智能化設(shè)備和傳動交流裝置,以保證PLC控制系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備間的信息交換,實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的接收以及提供準(zhǔn)確的測量參數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),本文結(jié)合實(shí)際鋼鐵工業(yè)需求,將連鑄機(jī)的自動化控制系統(tǒng)設(shè)置為集中操作和顯示、分散控制的集散控制系統(tǒng),在主控制室裝有數(shù)臺計(jì)算機(jī)用于連鑄全程的控制和監(jiān)控,再按加工工藝的功能要求,設(shè)置平臺控制系統(tǒng)、鑄流控制系統(tǒng)、后臺控制系統(tǒng)、液壓潤滑系統(tǒng)等子系統(tǒng),對各自區(qū)域工藝流程進(jìn)行控制和管理,如圖2所示。

3.2集散控制系統(tǒng)

在集散控制系統(tǒng)中,主控系統(tǒng)對系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理,以此完善控制系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備的通信,而子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分散控制,對工藝質(zhì)量和操作精確性進(jìn)行控制,并將工作信息反饋給PLC控制系統(tǒng),保證子系統(tǒng)的各控制站、測量設(shè)備和調(diào)節(jié)設(shè)備間的可靠聯(lián)系。

主控室、控制子系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備需配備足夠數(shù)量的控制器,保證應(yīng)用信號傳遞模塊實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖、響應(yīng)和發(fā)令,另外還可以借助上位機(jī)為系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供良好的通信環(huán)境,現(xiàn)場可以設(shè)立相應(yīng)的控制柜和遠(yuǎn)程1/o柜。主控室的集中操作需要加強(qiáng)對鑄流控制區(qū)和控制后臺區(qū)域的監(jiān)控,主控室的多臺計(jì)算機(jī)能及時(shí)處理反饋信息,從而保證工藝參數(shù)準(zhǔn)確,設(shè)備故障及時(shí)報(bào)警。進(jìn)一步完善通信網(wǎng)絡(luò),用現(xiàn)場總線連接分散的系統(tǒng),用高速以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)集中控制,在子系統(tǒng)分散的情況下,應(yīng)用交換機(jī)技術(shù)保證操作室、電氣室和不同機(jī)房之間的可靠連接。

3.3基于PLC系統(tǒng)的配置

選擇連鑄機(jī)的PLC系統(tǒng)型號時(shí),應(yīng)選擇中型以上的控制設(shè)備,以保證數(shù)據(jù)處理的及時(shí)性,PLC控制系統(tǒng)中應(yīng)包含控制器、外圍設(shè)備、離散量模塊和多個(gè)輸入輸出模塊等,同時(shí)還應(yīng)設(shè)置多個(gè)以太網(wǎng)通信處理器,保證系統(tǒng)處理器即插即用的功能。

3.4系統(tǒng)組態(tài)分析

分析機(jī)架組態(tài)時(shí),PLC系統(tǒng)應(yīng)配置為主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架的組態(tài)。主機(jī)架組態(tài)成型后需要根據(jù)實(shí)際分布,用人工進(jìn)一步完善。擴(kuò)展機(jī)架組態(tài)應(yīng)包含網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程1/o柜和相應(yīng)設(shè)備的組態(tài)。設(shè)置設(shè)備模塊參數(shù)時(shí),需要正確定義模塊名稱,并分配好機(jī)架槽號。

3.5系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序時(shí),應(yīng)充分考慮電氣自動化控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用要求,設(shè)計(jì)合理的連鑄機(jī)操作控制功能、工藝流程、故障報(bào)警等。設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理程序時(shí),程序應(yīng)覆蓋整個(gè)生產(chǎn)流程,重點(diǎn)考慮計(jì)劃安排、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲等部分。

4結(jié)語

連鑄是鋼鐵生產(chǎn)中重要的工藝流程,其自動化程度關(guān)系到節(jié)能降耗水平和生產(chǎn)線的先進(jìn)程度。隨著電氣自動化控制技術(shù)的進(jìn)步,連鑄機(jī)被廣泛應(yīng)用于控制各種智能數(shù)據(jù)模型,有利于提高鋼鐵生產(chǎn)的智能化水平,為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。