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基于 PLC 控制系統(tǒng) 在冶金連鑄電氣中的設(shè)計分析

　　摘要：連鑄機生產(chǎn)效率和鑄坯質(zhì)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(yīng)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(zhì)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(shè)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(zhuǎn)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(zhì)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(shù)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(gòu)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(shù)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(lǐng)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(jìn)行了一種模擬。作為一種設(shè)計范圍廣的技術(shù)，PLC 控制系統(tǒng)綜合了多門學(xué)科，系統(tǒng)復(fù)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(luò)打印機組成其硬件配置，設(shè)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(gòu)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(jìn)行初始化處理。這一處理過程首先需要對過程設(shè)備的狀態(tài)信息和條件信息進(jìn)行讀取，就工藝流程圖和設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行展示。在所有定時器和計時器清零后，將設(shè)備操作方式設(shè)置為“手動”方式，接下來由操作員“手動”操作，對各設(shè)備的方式和狀態(tài)進(jìn)行指定。在保證設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)正常和運行條件具備的情況下，操作員設(shè)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(shè)有“遠(yuǎn)控 / 近控”權(quán)限選擇開關(guān)，對需要在 PLC 上控制的設(shè)備操作地點設(shè)置為“近控”位置，現(xiàn)場設(shè)備的啟動(開啟)、停止(關(guān)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(jìn)行“遠(yuǎn)控”操作時，需要設(shè)置選擇開關(guān)，在中控室的 PLC 控制站進(jìn)行遠(yuǎn)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(shè)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(jìn)行確認(rèn)排除。
 

　　2、 PLC 自動控制系統(tǒng)在冶金連鑄電氣的應(yīng)用

　　2.1、 大包回轉(zhuǎn)臺控制

　　大包回轉(zhuǎn)臺由電機帶動旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過定位由上升位到下降位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。冶金連鑄機的大包回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)臺承受的壓力大，長時間的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下回轉(zhuǎn)臺會發(fā)生波動。因此，要提高旋轉(zhuǎn)過程的效率，必須要對包回轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)速度和時間進(jìn)行精確控制，防止旋轉(zhuǎn)的時間太長。在大包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)時要精確控制旋轉(zhuǎn)角度，通過脈沖編碼器檢測旋轉(zhuǎn)角度。運用脈沖編碼器的檢測，必須將兩個同步的開關(guān)安裝在大包回轉(zhuǎn)臺旁，清零脈沖，做好檢測。如果大包回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到澆鑄位置，可以通過 PLC 控制線圈使其停止。

　　2.2 、設(shè)備冷卻水控制

　　冶金連鑄機的運行過程要嚴(yán)格控制水流量，包括設(shè)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(shè)備進(jìn)行供水，并對水進(jìn)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(jìn)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(shè)備的冷卻水必須符合要求。從連鑄機設(shè)備出來的水進(jìn)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(nèi)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(jié)合 PLC 控制系統(tǒng)檢測到的信號來設(shè)定程序和過程，這一運算結(jié)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(shè)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(yán)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(guān)閉，保證異常狀況下系統(tǒng)設(shè)備的安全。拉矯液壓站可以進(jìn)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(zhuǎn) / 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(guān)和時間聯(lián)鎖的雙重控制進(jìn)行設(shè)計，保證正常情況下設(shè)備控制由限位開關(guān)完成，一旦發(fā)生限位開關(guān)故障，其控制由計時器進(jìn)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(dá)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(yù)熱燃?xì)狻㈩A(yù)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(jìn)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(shè)計目的是為了其安全聯(lián)鎖。在步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床進(jìn)行工作時，推鋼機不能推鋼，而且推鋼機推鋼時不能同時進(jìn)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(jìn)行解鎖，然后由翻鋼機繼續(xù)下一個翻鋼過程。

　　3.5 、步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床

　　在縮短冷床上鑄坯的存放間隔時，可以反轉(zhuǎn)步進(jìn)式翻轉(zhuǎn)冷床，而鑄坯輸送運用了冷床的正轉(zhuǎn)動作。在減速機軸上安裝的主令控制器的正反轉(zhuǎn)接點控制冷床的正、反轉(zhuǎn)和停止動作，這一控制任務(wù)對主令控制器接點進(jìn)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(shè)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(zhuǎn)，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(shè)備損壞。因此，要保證冷床連續(xù)正轉(zhuǎn) 8 周，完成一次最多 8 根鑄坯的輸送工作，冷床正轉(zhuǎn)動作時間的計算就要結(jié)合冷床電機轉(zhuǎn)速、減速機減速比、主令控制器減速比等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行。通過這樣的程序設(shè)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(jié)語

　　工業(yè)影響著我國的經(jīng)濟建設(shè)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(rèn)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(shè)計，推動冶金連鑄電氣的自動化。