PLC在方坯连铸机自动化控制系统中的应用探讨.pdf

总第 1 5 0期 2 0 1 4年第4期 山西冶金 S HANXI ME T AL L URGY P L C在方坯连铸机 自动化控制系统中的应用探讨 黄品 宝钢集团广东韶关钢铁有限公司。 广东韶关5 1 2 1 2 3 T o t a l 1 5 0 N o ． 4， 2 0 1 4 摘要 针对方坯连铸业的快速发展和对 自 动化控制水平的要求越来越高的情况， 在分析方坯连铸机的工艺流 程的基础上， 介绍了控制系统的主要功能， 并对其生产过程管理进行了阐述。 关键词 P L C方坯连铸机 自动化控 制 系统 中图分类号 T F 3 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 1 1 5 2 2 0 1 4 0 4 0 0 2 5 0 2 随着方坯连铸业的快速发展 ，钢铁行业要在 日 益激烈的市场竞争中站稳脚，就必须不断提高自身 的生产效率，那么这对其自动化控制水平提出了更 高的要求 。可编程 自动化控制系统 中西门子 s 7系 统、 A B系列等在钢铁行业中应用较为广泛[ 1] 。由于 每个 可编程控制器品牌 的特点及特性都有所不 同， 以下 主要以西门子 s 7系列 P L C为例 ，探讨 P L C在 方坯连铸机自动控制系统中的应用。 1 方坯连铸机的工艺流程 在钢铁冶炼企业中连铸生产是一个关键的环 节 ， 它在钢材产品开发 、 质量控制中都起着至关重要 的作用。 方坯连铸生产线主要包括了三大组成部分 铸机机头、 切割出坯和振动拉矫。 机头部分由 2 个中间包烘烤器、 2 个 中包罐车 及大包回转台所组成。其中 2 个中包罐车装有称重 装置及 4 个升降液压缸， 并且均采用变频控制， 而且 为轻轨行走。 同时可以实现快速包连浇功能， 其中一 个 中间包在运行 的情况下 ，而另一个 中间包可以作 为烤包准备用。 由于大包回转台所使用的是变频器电机主驱 动 ， 如遇到变频器电机驱动 出现故障的情况下 ， 大包 操作室后会设有手动事故液压驱动 ，主液压站的液 压 电机泵组或 N 气蓄能器组是其主要动力来源。当 遇到停电时，全靠 N 气蓄能器为事故驱动提供动 力，使大包在浇铸位时会自动旋转到大包回转台接 受位，由大包回转台中间的一套滑环装置来实现所 有大包回转台上的电气控制部分。 收稿 日期 2 0 1 4 0 6 1 1 作者简介 黄品 1 9 8 2 一 ， 男， 研究方向 自动控制， 助理工程 师。E ma i l v a n q u i s h s k y 1 6 3 ． c o m 拉矫机、结晶器振动装置及引锭杆存放装置为 拉矫振动部分的主要设备 ，由于振动框架所采用的 是偏心轴振动 ， 在符合生产工艺的情况下 ， 所有拉矫 机和振动电机均会使用交流变频调整控制 ， 其不仅 能够降低成本， 还对智能电机具有一定的保护作用， 实现运行平稳 ， 有效避免 了设备的损坏 ， 其拉速可提 升到 4 m ／ m i n 。 2 控制系统功能 2 ． 1 监控站操作系统 连铸操作室内的操作站一般设置有 2台， 这 2 台 操作站可互作备用，因其内容完全相同。对操作站 C R T监控主要是通过基础 自动化系统来实现的 ， 在 监控过程 中由于不会受到时间的影响， 所以对设备运 行、 机组状况、 能源介质等情况都能够随时掌握， 同时 还可以通过键盘式鼠标来操作其他相关的程序。 2 ．2 二冷水系统的P I D调节控制 对于不同的钢种来说 ，铸坯二冷水的配置制度 也有一定的区别 。方坯生产在这个环节 中是最关键 的因素 ， 直接影响到坯子质量 的好坏 ， 在每流的 P L C 程序中， 完成了二冷水的P I D调节程序的制作 ， 并且 通过 C R T监控站完成 自动化配水 ， 设置手动 、 半 自 动及全 自动这 3种配水控制方式按扭在 Wi n c c画面 相对应 的各区。点击按钮时 ，会弹出来 P I D调节画 面， 在计算给定流量设定值时， 主要是由 P L C通过 全自动调节方式选择水表参数，但对于 P I D画面上 的设定值和输出值不能由人工给定。在 P I D数据块 上由人工向各流 P L C传递二冷水流量设定值为半 自动调节方式。同时实现二冷水的调节也主要是通 过 P L C接照一定的程序来对现场气动调节阀进行 设定， 从而对现场气动调节阀进行控制。 2 6 山西冶金 E - ma i h s x y j b j b 1 2 6 ． c o rn 第 3 7卷 2 ．3 振动、 拉矫 自 动控制系统 铸机拉速调节主要是依靠铸机上的 P 3 控制箱 中的电阻式电位器进行持续性控制的，其通过持续 性将模拟信号发送至各流 P L C上的 A I 8 ／ 1 2 b i t 模拟 量模板， 模板将接收到的P L C模拟置信号大小利于 P R O F I B U S D P通讯网络来实现对 S I M E N S拉矫机 变频器输出拉速的有效控制，与此同时利用电位器 模拟量信号以及制造工艺编织经过系统程序进行快 速运算，计算出与拉速相匹配的振动参数 ，利用 P R O F I B U S D P通讯网络将参数发送至振动电机上 的S I M E N S 变频装置中，这样便可实现拉速与振频 之间的完美匹配，最大限度减低铸坯过程中拉矫电 机的负荷量 ，另外 由于铸坯切割前的输送辊道使用 了 S I ME N S变频调数装置 ， 该装置与 P R O F I B U S D P 通讯网络相连并进行参数共享，从而实现拉矫机输 送速度与铸坯切割前的距离保持一致性 。 2 ．4 自动出坯系统 自动 出坯系统 的组成部分包括移坯车 、移坯车 编码器、 翻钢机、 翻转冷床及冷床限位等。铸坯切割 后，会通过输送辊道将切割后的铸坯运至长辊平移 冷床，当红外监测镜头有监测到坯子信号时会直接 传送到 P L C， 当信号 累计 到有 4个时 ， 在 P L C的影 响下 ， 会停 止 1 - 6流输送辊道 ， 移坯车开始启动 ， 当 翻钢机被所存放的热坯斜面被坯子推倒时，会使移 动坯车退 回原位 ， 此时机轴上的编码器会减速 ， 并且 会对移坯车往返位置进行控制 。在红外监控镜头监 测到热坯子时， 由P L C发出翻转冷床启动命令， 而此 时导板上 的热坯将会被运走 ，等到冷台架上汇集有 1 O 根并且自然冷却后， 将一起被天车电磁吸盘吊走。 3 生产过程管理 3 ． 1 参数设定和修改 工艺人员所提供的工艺参数值都存放在计算机 中， 工艺人员按照生产要求选出浇铸参数 ， 包括钢种 参数和截面参数， 铸坯表面温度、 二冷水 P I D调节参 数 、 结晶器振动频率及定尺长度等都能够显示出来 ， 并且可以在线修正各种设定的参数值。 3 ．2 操作监视 操作监视系统中，主画面和子画面是操作站上 监控画面的重要组成部分，通过画面能使连铸机的 全流程生产线更直观地反映出来 ，并且系统操作非 常简单方便 ，用 鼠标点击功能指示键或工艺画面键 就 可以完成画面之间的切换 。 其画面主要功能包括 在系统中起到操作指导作用，并且能将设备状态的 生产准备画面更直观的反映出来， 如浇铸准备、 送引 锭等； 会如实地反映出生产流程图的实时控制； 同时 还具有在线帮助和动画显示功能， 包括火焰切割过 程、 大包转动、 移钢、 铸坯浇铸时的移动位置等。 对于 整条生产流程的工作状态通过动画能够实时地反映 出来 ； 反映 P L C和监视操作站的工作状态， 各 I ／ O站 和 G E N I U S总线的工作状态， 并对 P L C与操作站之 间的通迅网状态起着监视作用，有利于为网络系统 的维护工作提供帮助r2 ]。 3 ．3 历史趋势和实时趋势编制 方坯连铸机能够编制过程参数的历史趋势和实 时趋势曲线 ， 这样有利于对工艺参数进行计算 ， 还方 便于故障分析。 3 ．4 系统报警{ { } I查 设备或各类工艺参数发生异常时 ，异常信息会 在其操作界面自动显示出来， 并且导致故障的原因、 发生故障时间及恢复时间都会在故障总表中记录。 此外， 还具有多媒体语音提示功能， 方便找出故障原 因并且确保及时处理故障，有效提高了现场故障的 处理能力。 3 ．5 报表打印 根据工艺要求 ， 会将生产报表定时打印出来。 如 月作业报表、 班作业报告及故障信息等。 3 ．6 通过语音处理故障 操作站具有多媒体语音功能 ，在生产参数发生 异常或设备起动发生故障时都能够通过语音系统向 操作人员提示， 以便于对问题或故障进行处理。 4 结语 自 方坯连铸机自动化控制系统投入钢铁行业生 产之后 ， 不仅提升了生产效率 ， 还大大降低了工人 的 劳动强度。 同时 ， 方坯连铸机 自动化控制系统具有一 定的可靠性和稳定性， 在各种工艺要求高、 难度大的 情况下都能满足生产条件，有效提高了企业的经济 效益 。 参考文献 [ 1 ] 黄震． P L C及其网络在小方坯连铸机 自动控制系统中的应用 [ J ] ． 电气传动， 2 0 0 1 6 4 3 4 5 ． [ 2 ] 周业华． 鞍钢新轧冷轧 2 号生产线连铸酸洗机组工艺段 自动控 制系统[ J ] ． 冶金自动化， 2 0 0 4 ， 4 6 1 0 4 3 ． 编 辑 白龙 下转第 4 0页 4 0 山西冶金 E - m a i l s x y j b j b 1 2 6 ．c o rn 第 3 7 卷 P ri n t } } 1 ，” C MS EL ， S Y” P r i n t 群1 ，” VME S H， 一 Y1 ” P ri n t } } 1 。” C MDEL E， 一 Y” P ri n t} } 1 ，” S F A ， P S 1 X， 1 ， P R E ， S 1 ／ N X T ma x ／ 3 ． 1 4 * D A N _ b *L 6 ／ 1 8 O 一 2 IIlL 7 H 7 R 6 ” P ri n t} I 1 ． ” ／ S T A T US ． S OL U” P r i n t 群 1 ．” S OI E” P r i n t 1 ．” F I NI S H” P ri n t 1 ．” ／ P OS T1 ” P r i n t l ，” ／ RGB ， l NDE X， 1 0 0 ， 1 0 0 ， l O O ， O ” P r i n t 群1 ，” ／ RGB ， I NDE X， 8 O ， 8 O ， 8 O ， l 3 ” P r i n t } } l ，” ／ RG B， I NDE X， 6 O ， 6 O ， 6 0 ， 1 4 ” P r i n t 1 ，” ／ RGB ， I NDE X， 0 ， 0 ， 0 ， 1 5 ” P r i n t 鼻1 ．” ／ S H0 W 。 J P E G” Pr i n t1 ．” ／ EFACET． 1 ” P r i n t l ，” P L NS OL ， U， S UM， 0 ， 1 ． 0 ” P ri n t 1 ， ” P L N S O L ， S ， E Q V ， 0 ， 1 ” Prin t1 ．” ／ SHOW ． CLOS E” Cl o s e1 Co mma n d1 ． Ena b l e d F a l s e Co mma n d 2 ． S e t F o c u s 4 结语 以 A P D L 脚本语言为主体 ， V B软件为工具 。 编 写了卷取机关键零件力学分析程序，实现了普通设 计人员即可通过简单的人性化的界面输入各种参数 便可进行零件 的力学分析 ，避免 了以往繁冗 的 A N S Y S 兰维建模及分析过程 ，夫大提高了设计效 率。而且输出的结果大多为图形， 使得结果更直观， 更容易被普通设计人员所接受与理解。 ◆者文献 [ 1 ] 史锡强． 卷取机卷筒受力变形分析及结构改进研究 D ] ． 沈阳 东 北大学， 2 0 0 7 1 - 2 ． [ 2 ] 刘银娟， 王大号， 陈玺． 等．冷连轧开卷机设计[ J ] ．重型机械。 2 0 1 1 4 1 0 0 1 0 2 ． [ 3 ] 姚瑶， 王更柱． 冷轧平整机组开卷机主轴的有限元分析[ J ] ．机械 设计与制造 ， 2 0 0 5 9 1 3 1 4 ． [ 4 ] 陆汉权 ， 冯晓霞， 方红光． V i s u a l B a s i c 程序设计教程[ M] ． 杭 州 浙江大学出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ] 龚曙光， 谢桂兰， 黄云清． A N S Y S 参数化编程与命令手册[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 8 1 ． 编辑 白龙 Pr o g r a m De s i g n o f M e c h a ni c a l Ana l ys i s o f Ke y Pa r t s o f Te n s i o n Re e l F a n g Qi n g h u a ，Ge J i a n h o n g T e c h n o l o g y Ce n t e r o f T a i y u a n He a v y I n d u s t r y C o ． L t d ． ． T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 2 4 Ab s t r a c t As t h e r e a r e l o t s o f w o r k t o c o mp l e t e me c h a n i c a l a n aly s i s o f t e n s i o n r e e l k e y p a r t s ，b a s e d o n APD L l a n g u a g e o f ANS YS s o f t w a r e ，a p r o f e s s i o n a l me c h a n i c a l a n a l y s i s p r o g r a m wi t h c o n v e n i e n t i n t e r f a c e i s d e v e l o p e d wi t h VB ． I t r e ali z e s 3 - D a u t o ma t i c a l l y mo d e l i n g ， me s h i n g ， a p p l y i n g c o n s t r a i n t a n d l o a d ， a s we ll a s t h e o u t p u t o f me c h a n i c a l a n a l y s i s r e s u l t ． I t i mp r o v e s e ff i c i e n c y d e s i g n a n d v e r i f i c a t i o n o f t h i s k i n d o f p r o d u c t r e ma r k a b l y ． Ke y wo r d s t e n s i o n r e e l ，me c h a n i c a l a n aly s i s ， AP DL ， ANS YS ， VB 上接第 2 6页 S t u d y o n P L C A p p l i c a ti o n i n A u t o ma ti c C o n t r o l S y s t e m o f B i l l e t C a s t e r Hua ng Pi n B a o s h a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o ． L t d 。 ， G u a n g d o n g S h a o g u a n ， S h a o g u a n G u a n g d o n g 5 1 2 1 2 3 } Ab s t r a c t T h e b i l l e t c a s t i n g i n d u s t r y i s d e v e l o p i n g r a p i d l y a n d t h e l e v e l o f a u t o ma t i o n h a s b e c o me i n c r e a s i n g l y d e ma n d i n g s i t u a t i o n s ．B a s e d o n the a n a l y s i s o f b i ll e t c a s t e r p r o c e s s ，t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e ma i n f u n c t i o n s o f t h e c o n t r o l s y s t e m，a nd i t s pr o d u c t i o n pr o c e s s ma na g e me n t ． Ke y wo r d s P L C ， b i l l e t c a s t e r ， a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m