連鑄機鑄流控制系統(tǒng)升級及功能優(yōu)化的方法

　　把高溫鋼水連續(xù)不斷地澆鑄成具有一定斷面形狀和一定尺寸規(guī)格鑄坯的生產(chǎn)工藝過程叫做連續(xù)鑄鋼。完成這一過程所需的設(shè)備叫連鑄成套設(shè)備。澆鋼設(shè)備、連鑄機本體設(shè)備、切割區(qū)域設(shè)備、引錠桿收集及輸送設(shè)備的機電液一體化構(gòu)成了連續(xù)鑄鋼核心部位設(shè)備，習慣上稱為連鑄機。

　　摘要：蘇鋼1#連鑄機鑄流PLC控制系統(tǒng)采用德國西門子公司生產(chǎn)的S5系列產(chǎn)品，經(jīng)過十幾年的運行，設(shè)備趨于老化。隨著S5系統(tǒng)逐漸被淘汰，大多CPU和信號模塊已經(jīng)不再生產(chǎn)，不可避免地遇到了備件價格昂貴、供貨時間長、維修成本高等問題，為此公司決定于2015年5月對該連鑄機鑄流PLC系統(tǒng)進行升級改造。

　　關(guān)鍵詞：S7控制系統(tǒng);變頻器;電動調(diào)節(jié)閥

　　一、概述

　　1#連鑄機鑄流控制系統(tǒng)中，主站原采用雙機架結(jié)構(gòu)：主機架由 S5 CPU 928、CP143通訊模塊、WF706計數(shù)模塊、4塊AI 466模擬量輸入模塊、3塊AO 470模擬量輸出模塊、7塊DI 430數(shù)字量輸入模塊、以及EG300擴展模塊構(gòu)成;擴展機架由4塊DO 451數(shù)字量輸出模塊、3塊DO 454數(shù)字量輸出模塊、以及ZG-AS 312擴展模塊構(gòu)成。升級改造后的新硬件系統(tǒng)，主機架由 S7 CPU 416、CP443通訊模塊、FM450計數(shù)模塊、4塊A0 431模擬量輸出模塊、7塊DI 421數(shù)字量輸入模塊、以及IM460擴展模塊構(gòu)成;擴展機架由4塊DO 422數(shù)字量輸出模塊、2塊AI 432模擬量輸入模塊、以及IM461擴展模塊構(gòu)成�，F(xiàn)上位機采用Wincc監(jiān)控軟件，上位機與PLC之間通過以太網(wǎng)進行通訊。

　　二、系統(tǒng)中一些主要的功能優(yōu)化

　　2.1 二次冷卻水控制調(diào)節(jié)閥優(yōu)化

　　連鑄熱坯采用氣水霧化冷卻，這種冷卻方式，需要對冷卻水的流量進行精確調(diào)節(jié)。原S5系統(tǒng)采用薩姆森電液調(diào)節(jié)閥結(jié)合ABB電磁流量計實現(xiàn)閉環(huán)控制�；�本工作原理是：ABB電磁流量計測量實際水流量，S5程序中將實際流量與目標流量進行比較，若在死區(qū)范圍外，則根據(jù)實際流量是大于或是小于目標值，輸出關(guān)閉或是打開的脈沖信號給中間繼電器，從而再控制調(diào)節(jié)閥的動作，直至實際流量值進入死區(qū)范圍內(nèi)。但是使用經(jīng)驗證明，此套調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在以下這些問題：控制設(shè)備都是進口產(chǎn)品，且連鑄二冷區(qū)共有45套，維護更換成本高;控制存在死區(qū)，精度不高;存在中間繼電器，線路較多，增多了故障點;缺少現(xiàn)場手動功能，緊急情況只能通過程序中手動模式控制動作�，F(xiàn)升級后的S7系統(tǒng)采用鞍山工裝電動調(diào)節(jié)閥和上海威爾泰電磁流量計來實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)。此套調(diào)節(jié)系統(tǒng)明顯存在以下這些優(yōu)點：控制設(shè)備都是國產(chǎn)，且價格僅是原來的30%左右，大大降低了維護成本;控制無死區(qū)，無余差，控制精度提高;不存在中間繼電器，線路簡單，排查故障快;有現(xiàn)場手動功能，方便緊急情況下解決問題;在供水側(cè)有波動時，調(diào)節(jié)響應(yīng)快，穩(wěn)定性提高。

　　2.2 輥道變頻器控制線路優(yōu)化

　　連鑄輸送輥道是用來傳送連鑄熱坯從拉矯機出來，直至出坯區(qū)域的通道。輸送輥道的速度是根據(jù)不同工況而變化的。原S5控制系統(tǒng)，基本控制原理是：PLC將輥道的啟停，正反轉(zhuǎn)信號通過數(shù)字量輸出模塊傳送到中間繼電器，再傳送到變頻器的數(shù)字控制端子DI，同時PLC將要調(diào)節(jié)的0-10V速度信號通過模擬量輸出模塊傳送給變頻器模擬控制輸入端子AI，變頻器根據(jù)這些DI ，AI信號控制輥道電機的啟停，正反轉(zhuǎn)，速度等狀態(tài)。此控制方式雖然可以達到調(diào)速目的，但是存在中間繼電器、線路較多及模擬信號線干擾等弊端，所以現(xiàn)升級S7系統(tǒng)后，廢棄以前的這些繁多的控制線路和中間繼電器，僅通過Profibus-Dp通訊線，將變頻器掛到DP網(wǎng)上，PLC再通過SFC14、SFC15專用功能塊進行控制和顯示參數(shù)的讀寫。此控制系統(tǒng)具有線路簡單、抗干擾、速度快、故障率低等優(yōu)點。

　　2.3 溫度測量線路優(yōu)化

　　連鑄結(jié)晶器冷卻水進出水都有獨立測溫，用來進行計算溫差。如溫差大于程序設(shè)定值，則會發(fā)出報警，并結(jié)晶器線圈跳電。原S5系統(tǒng)測溫原理是：現(xiàn)場進出冷卻水管上的熱電阻信號傳送到溫度變送器MCR-PT100，再變送成標準的電流信號進入S5模擬量輸入模塊，然后程序進行計算判斷。該測量線路中的溫度變送器需要定期進行校驗標定，也容易受到溫度漂移等影響。所以現(xiàn)升級S7系統(tǒng)后，去除了中間的溫度變送器，直接將熱電阻信號接入S7模擬量輸入模塊，模塊供電回路供給熱電阻恒流源，當熱電阻阻值變化時，模塊測量回路產(chǎn)生與溫度成比例的電壓，從而計算實際的溫度值，這種四線回路可以獲得很高的測量精度，同時通過配置溫度模塊的補償?shù)葏��?shù)，就可以完成對溫度的精確控制。

　　2.4 定尺編碼器測量線路優(yōu)化

　　熱坯需要根據(jù)用戶的規(guī)定，切割成要求的長度，這就需要對熱坯進行定尺。原來S5控制系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)編碼器、EBR40轉(zhuǎn)換器和S5計數(shù)模塊的組合，但在實際使用過程中，存在線路較多，轉(zhuǎn)換器故障等問題，現(xiàn)升級后的S7系統(tǒng)，F(xiàn)M450-1高速計數(shù)模塊直接給現(xiàn)場編碼器供電，旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號直接傳送回模塊的計數(shù)通道。此方法線路簡單，便于檢查、排故。

　　2.5 大包稱重線路優(yōu)化

　　稱重儀表位于大包回轉(zhuǎn)臺內(nèi)，原來稱重信號經(jīng)過滑環(huán)送到PLC輸入模塊，但是滑環(huán)使用時間久后，會發(fā)生碳刷接觸不良，造成信號毛刺多，而且偶爾回轉(zhuǎn)臺內(nèi)液壓油泄漏到滑環(huán)，會出現(xiàn)無稱重信號的麻煩。因此趁改造機會，在回轉(zhuǎn)臺內(nèi)稱重儀表后端，增加無線發(fā)射裝置，連鑄平臺側(cè)加裝無線接收裝置，實現(xiàn)信號的無線傳輸。改造至今，信號接收穩(wěn)定可靠。

　　2.6 結(jié)晶器振動程序優(yōu)化

　　原S5系統(tǒng)中結(jié)晶器振動程序塊被西門子公司加密，無法讀取。因此進行了所有鋼種的動態(tài)測試，記錄了大量的振動，拉速數(shù)據(jù)，從中總結(jié)出規(guī)律和算法，最后獨立編寫了新的結(jié)晶器振動控制程序。

　　三、結(jié)束語

　　通過此次S5控制系統(tǒng)升級的機會，進行了很多的功能優(yōu)化，去除了以前存在的一些不穩(wěn)定因素，同時簡化了控制線路，降低了排故難度，減輕了以后的維護成本。在升級后的S7控制系統(tǒng)中，硬件功能齊全，編程軟件中的特殊功能塊也十分豐富，所以在以后的實踐中，會找出更多可改進、可優(yōu)化的地方，使得連鑄控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

　　參考文獻：

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