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基于 PLC 控制系統(tǒng) 在冶金連鑄電氣中的設計分析
摘要：連鑄機生產(chǎn)效率和鑄坯質量受到冶金連鑄生產(chǎn)自動化水平的直接影響，PLC 控制系統(tǒng)的應用使得冶金連鑄電氣控制系統(tǒng)的自動化水平大幅度提高，并保證了冶金工業(yè)的精度和鑄坯件的質量。因此要加強冶金連鑄電氣中 PLC 控制系統(tǒng)的運用，不斷優(yōu)化其設計，發(fā)揮 PLC 控制系統(tǒng)的功能和作用，提高冶金連鑄電氣控制的總體水平。
連鑄過程是煉鋼和軋鋼連接的中間環(huán)節(jié)，其可以轉換液態(tài)鋼為鑄坯，所以連鑄生產(chǎn)過程直接影響著冶金的軋鋼質量和成材率。隨著 PLC 控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前冶金連鑄電氣中開始運用這一系統(tǒng)，使得連鑄技術得到了完善，大大提高了連鑄機自動化控制水平。
1、PLC 控制系統(tǒng)的主要構成及功能
1.1 PLC 控制系統(tǒng)的基本組成
西門子公司的 S7-300/400 系統(tǒng)運用的就是 PLC 控制系統(tǒng)，其硬件技術和軟件系統(tǒng)成熟，使得數(shù)據(jù)更加方便。目前冶金自動化領域中開始運用 PLC 控制系統(tǒng)，其智能化系統(tǒng)是對人類思維活動進行了一種模擬。作為一種設計范圍廣的技術，PLC 控制系統(tǒng)綜合了多門學科，系統(tǒng)復雜，使得冶金自動化系統(tǒng)的智能化控制過程可以由其來代替。
1.2 、PLC 控制系統(tǒng)的配置
PLC 控制系統(tǒng)由 2 套 PLC 柜體、2 臺控制站、1 臺工程師站和 1 臺網(wǎng)絡打印機組成其硬件配置，設置 2 臺控制站是防止緊急情況控制失靈，保證系統(tǒng)的可靠性。冶金自動化生產(chǎn)的主機和輔助機器上運用了兩套控制站，容錯以太網(wǎng)接口模塊、S7-400 控制處理器、電源模塊、冗余模塊、I/O 模塊等構成其主要組成部分。而 Intel CPU 2.8GHZ 是 2 臺控制站和 1 臺工程師站的主要配置，運用的是 Windows XP sp3操作系統(tǒng)和 19LCD 顯示器，具有 4GB RAM 的存儲容量。而其軟件配置包括控制站的編程軟件 STEP 7 V5.5 SP2、2 臺控制站 FIX 6.15 運行版的監(jiān)控軟件、1 臺 FIX 6.15 開發(fā)版的工程師站監(jiān)控軟件。
1.3 、PLC 控制系統(tǒng)的功能
PLC 控制系統(tǒng)的運用需要先初始化處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通?？刂葡到y(tǒng)投入運行、精密點檢后運行時或系統(tǒng)發(fā)生故障后，此時系統(tǒng)就需要重新啟動進行初始化處理。這一處理過程首先需要對過程設備的狀態(tài)信息和條件信息進行讀取，就工藝流程圖和設備運行狀態(tài)進行展示。在所有定時器和計時器清零后，將設備操作方式設置為“手動”方式，接下來由操作員“手動”操作，對各設備的方式和狀態(tài)進行指定。在保證設備當前狀態(tài)正常和運行條件具備的情況下，操作員設置操作運行方式，將程序運行從“手動”方式切換到“自動”方式。而且也要選擇其操作場所，在機旁操作箱上設有“遠控 / 近控”權限選擇開關，對需要在 PLC 上控制的設備操作地點設置為“近控”位置，現(xiàn)場設備的啟動(開啟)、停止(關閉)操作需要運用機旁操作箱上的操作指示燈和操作按鈕。進行“遠控”操作時，需要設置選擇開關，在中控室的 PLC 控制站進行遠方操作。對于 PLC 控制系統(tǒng)運行過程中發(fā)生的故障，另一臺控制站會及時發(fā)出報警信號，并打印故障報告。通常PLC 故障由通訊故障、CPU 故障、冗余板卡故障多種故障，此時系統(tǒng)會自動無擾切換到冗余設備，并由操作站發(fā)出報警信號，在非冗余板卡發(fā)生故障時，專業(yè)人員進行確認排除。
2、 PLC 自動控制系統(tǒng)在冶金連鑄電氣的應用
2.1、 大包回轉臺控制
大包回轉臺由電機帶動旋轉，經(jīng)過定位由上升位到下降位進行旋轉。冶金連鑄機的大包回轉臺需要承載兩個鋼包，在澆鑄過程中要切換澆鑄和待澆鑄的狀態(tài)，這一過程回轉臺承受的壓力大，長時間的旋轉狀態(tài)下回轉臺會發(fā)生波動。因此，要提高旋轉過程的效率，必須要對包回轉臺的旋轉速度和時間進行精確控制，防止旋轉的時間太長。在大包回轉臺旋轉時要精確控制旋轉角度，通過脈沖編碼器檢測旋轉角度。運用脈沖編碼器的檢測，必須將兩個同步的開關安裝在大包回轉臺旁，清零脈沖，做好檢測。如果大包回轉臺旋轉到澆鑄位置，可以通過 PLC 控制線圈使其停止。
2.2 、設備冷卻水控制
冶金連鑄機的運行過程要嚴格控制水流量，包括設備冷卻水的水流溫度、壓力和流速等。通過水泵加壓冷卻水系統(tǒng)可以對連鑄機設備進行供水，并對水進行冷卻，在冷卻塔冷卻后再次加壓使用。水泵要對從冷卻塔出來的水流進行加壓處理，PLC 控制系統(tǒng)檢測加壓后的水流壓力和溫度，供給連鑄機設備的冷卻水必須符合要求。從連鑄機設備出來的水進入下一個循環(huán)使用過程中前，控制水流溫度和流量可以通過PLC 控制系統(tǒng)。
2.3 、滑動水口控制
大包內的金屬液流入中包需要通過滑動水口，所以必須控制大包的開合狀態(tài)，保證水口流量的精度，有效防止發(fā)生安全事故。而且檢測中包液位的信號需要運用稱重傳感器，其運用要結合 PLC 控制系統(tǒng)檢測到的信號來設定程序和過程，這一運算結果為控制大包滑動水口的移動量提供依據(jù)。
3、PLC 控制系統(tǒng)在冶金連鑄電氣的設計策略
3.1 、拉矯液壓站
拉矯液壓站自動工作需要選擇工作油泵，在系統(tǒng)壓力低于 5.5Mpa 時會啟動工作油泵，1分鐘延時后電磁閥得電，系統(tǒng)開始供油。如果系統(tǒng)壓力大于 7Mpa，此時電磁閥失電，油泵就會停止供油。因此，可以將油箱液位低限信號串入油泵和電磁閥的控制回路中，這樣在管路嚴重泄漏出現(xiàn)低液位時，延時一段時間后系統(tǒng)就會將油泵和電磁閥自動關閉，保證異常狀況下系統(tǒng)設備的安全。拉矯液壓站可以進行聲光報警，并在上位機的監(jiān)控畫面中展示報警信息。
3.2 、自動送引錠過程
自動送引錠過程的功能是運轉 / 停止拉矯機的、引錠桿存放電機、自動抬起 / 壓下拉輥和脫坯輥，通過自動送引錠過程來保證連鑄生產(chǎn)過程的安全操作，有效避免產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失和人身安全。因此，自動送引錠的程序中要對限位開關和時間聯(lián)鎖的雙重控制進行設計，保證正常情況下設備控制由限位開關完成，一旦發(fā)生限位開關故障，其控制由計時器進行，為控制操作的安全可靠性提供保障。
3.3、鑄坯切割過程鑄坯切割的自動
工作狀態(tài)有全自動和半自動兩種方式，其中定尺儀發(fā)出的定尺信號為全自動方式的切割指令，在鑄坯達到定長時，半自動切割方式會人為的發(fā)出切割指令。一旦接收切割指令，切割機就立即開始鑄坯切割，而且抱夾缸電磁閥及預熱燃氣、預熱氧、切割氧電磁閥都會分別得電。在鑄坯切斷后，此時回程缸電磁閥得電，其它所有電磁閥都會失電，切割機也會返回到初始位置，進行鑄坯的自動切割。
3.4、 推鋼機主令
控制器的推鋼接點和退回接點控制著推鋼機的工作行程，這一系統(tǒng)的控制設計目的是為了其安全聯(lián)鎖。在步進式翻轉冷床進行工作時，推鋼機不能推鋼，而且推鋼機推鋼時不能同時進行翻鋼機翻鋼，這樣才不會使得推鋼機動作時推頭與翻鋼過程中的翻鋼機發(fā)生沖突。一般在推鋼機完成一個推鋼周期后，對于翻鋼機的動作封鎖要進行解鎖，然后由翻鋼機繼續(xù)下一個翻鋼過程。
3.5 、步進式翻轉冷床
在縮短冷床上鑄坯的存放間隔時，可以反轉步進式翻轉冷床，而鑄坯輸送運用了冷床的正轉動作。在減速機軸上安裝的主令控制器的正反轉接點控制冷床的正、反轉和停止動作，這一控制任務對主令控制器接點進行精確控制，才能在冷床停止時停在下齒位，因為如果冷床停止在上齒位會對推鋼機的推鋼操作產(chǎn)生阻礙作用。在冷床自動工作時，必須要設計程序中推鋼機退回動作一段時間后，才能使得冷床連續(xù)正轉，因為在推鋼機冷床退回后馬上動作，容易發(fā)生與推鋼機的碰撞，使得設備損壞。因此，要保證冷床連續(xù)正轉 8 周，完成一次最多 8 根鑄坯的輸送工作，冷床正轉動作時間的計算就要結合冷床電機轉速、減速機減速比、主令控制器減速比等技術參數(shù)進行。通過這樣的程序設計，主令接點的閉合動作可以立即停止冷床，在控制冷床停止時電機的慣性就不會將主令接點旋即打開，保證冷床可以正常運行，而不會出現(xiàn)無法停下來的情況。
4、結語
工業(yè)影響著我國的經(jīng)濟建設水平，冶金企業(yè)在連鑄機電氣運用 PLC 控制系統(tǒng)，有利于實現(xiàn)其社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益的統(tǒng)一。因此，必須要認識到在冶金連鑄電氣中運用 PLC 控制系統(tǒng)的重要性，不斷優(yōu)化 PLC 系統(tǒng)設計，推動冶金連鑄電氣的自動化。
實時匯聚核
心行業(yè)動態(tài)
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