西门子PLC板坯连铸机自动化控制系统

一、概述

    板坯连铸机属于立弯式直弧形连铸机，弧形半径达10米，可生产宽1600～2250毫米、厚200～270毫米规格的板坯。板坯连铸机基础自动化控制系统（L1级）采用德国西门子公司的S7系列产品，组成仪控合一的基础自动化控制级。PLC主要采用S7-300、 S7-400及C7系列作为主站，远程I/O、变频器等智能单元作为从站，主站与从站采用现场总线PROFIBUS_DP与从站进行通讯。

二、生产工艺介绍

    生产工艺流程图如下：

三、板坯连铸机网络系统

    根据板坯连铸机生产工艺的特点，自动化控制网络系统分为二级，即L1级基础自动化控制系统和L2级过程控制计算机系统，带有部分管理功能。L1级是一套完整的电/仪一体化控制系统，其主要作用包括：

    1、完成各工艺装置的逻辑/顺序控制和操作，工艺参数的设置；
    2、工艺参数、现场设备状态的显示和报警及工艺流程画面的监控；
    3、过程控制及计算机的通信等。L2级的功能包括连铸机的模型计算、参数设定、质量跟踪和生产报表等。 

    在网络配置上，上位机（FactoryLink操作站）与Siemens PLC之间通过100Mbps的工业以太网相连，通过TCP/IP协议实现数据交换。各PLC的CPU之间的数据共享通过Profibus工业总线接口连接实现。PLC与远程I/O、变频器之间的通讯通过Profibus-DP总线网实现。Profibus-DP主要用于工业自动化系统的高速数据传送，实现调节和控制功能，是一种高速低成本通讯方式，用于设备级控制系统与分散式I/O的通讯，是计算机网络通讯向现场级的延伸。

    板坯连铸机系统网络图如下所示：

四、板坯连铸机基础自动化系统

    由于西门子PLC具有可靠性高，抗干扰能力强；编程方便，功能完善，易于使用；控制系统设计、安装、调试方便；维修方便，维修工作量小；适应性强，应用灵活等特点，所以板坯连铸机控制系统以西门子PLC 控制装置为核心。该系统由公用PLC、铸流PLC、仪表PLC、切割PLC和各远程站组成，各PLC采用德国西门子公司最新型的PLC S7-400、300系列产品，远程站I/O也采用德国西门的产品，各部分PLC的主要功能如下： 

公用PLC：

    主要完成对大包回转台及包盖的旋转、升降的控制，中间罐车行走、升降、横移对中控制，液压系统控制，切割前、切割下、切割后和出坯辊道、推钢机的控制，脱引锭装置，引锭杆存放及对中装置以及切头切尾输出装置的控制。 

铸流PLC：

    主要完成扇形段2～13段的驱动辊升降和传动控制，夹紧辊的压力转换控制、引锭杆及铸坯位置的跟踪控制、结晶器调宽和振动控制。 

仪表PLC：

    主要完成结晶器冷却水流量和压力的控制、二次设备冷却水、二次喷淋水的流量调节和压力的控制，以及其他过程参数的设定、采集、监视及回路调节等。 

切割PLC：

    主要完成对火焰切割机大车行走、切割枪的行走、定位控制，切割下辊道的升降，切割后辊道的控制。 

各远程站：
    
     主要是根据控制功能区域的不同，把整个系统划分为分散式的控制单元，利用Profibus-DP总线将PLC所要采集和控制的点分散到现场操作台、箱中。在现场操作台、箱内（如大包操作台、切割操作台、出坯操作台等）设置I/O站，实现分散远程控制，这样由操作台、操作箱通过端子外引的控制电缆可大大减少，不但系统简单可靠，还节省投资，方便维护。

调速传动控制系统 
     电气传动采用的是西门子公司SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列的和MICROMASTER 440系列的全数字矢量控制变频调速装置。440系列的变频器主要用在火焰切割机上，其余的都用6SE70系列变频器控制。MICROMASTER 440通用型变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，具有很高的运行可靠性和功能的多样性，全面完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。

五、主要控制功能说明 

1、大包回转台及中间罐车控制

    装有合格钢水的钢水包，由行车吊至大包回转台钢包臂上，包臂旋转至浇注位，等待浇铸。预热好的中间罐由中间罐车运送至结晶器上方，中间罐下降，对中就位。钢水罐下降后手工开启滑动水口，钢水经长水口进入中间罐。待中间罐内钢水达到一定重量后人工打开中间罐塞棒，钢水通过浸入式水口流入结晶器内。 

2、送引锭、脱引锭控制

    送引锭：发出自动送引锭指令后，引锭杆存放小车向下反转运行，将引锭杆送入到切割后辊道上。到位后小车停止，4个对中缸推出进行对中，然后切割后、切割下、切割前辊道启动，以30米/分的速度将引锭杆送入到水平扇形段内。当引锭杆尾部离开2#光电管时，切割后辊道停止。当引锭杆头部到达1#光电管时，切割前和切割下辊道停止运转。待操作台发出确认指令后，辊道以5米/分的速度向扇形段内运行，同时安装在2、7、13段的编码器开始跟踪，扇形段传动辊逐段压下，将引锭杆夹住送入结晶器下口。 

    脱引锭：当引锭杆从扇形段出来到达1#光电管时，脱引锭装置将引锭头与铸坯分离，引锭杆被快速送到切割后辊道上，当引锭杆到达2#光电管时切割后辊道停止，然后引锭杆存放小车向上运行将引锭杆侧移存放，等待下一浇次使用 

3、火焰切割机自动切割控制 
     自动状态下，红外定尺系统给火焰切割机的PLC发出信号，火焰切割机开始预压紧，并且切割枪运动至铸坯边缘进行定位，预热氧阀和煤气阀打开。到达定尺距离后火焰切割机的压头压下，粒化水和切割氧打开，开始切割铸坯。当切割枪到达切割下辊道边缘时，切下辊往下摆，待切割枪离开切下辊后又向上摆回到原位。1#、2#切割枪相遇后，2#枪返回，1#枪继续向前切割，切割完毕1#枪返回原位，接着切后辊开始运转，把铸坯送到下线辊道。 4、输送辊道及推钢机控制 
     输送辊道系统有切割前辊道、切割下辊道、切割后辊道和移载下线辊道。当火焰切割机发出切割完毕信号，切割后辊道开始正转。当2#光电管检测到铸坯时，下线辊道启动。而当铸坯尾部离开2#光电管时，切割后辊道停止。当3#光电管检测到铸坯时，下线辊道停止。接着，推钢机把铸坯推到冷床上冷却，然后快速反回，等待下一块铸坯。

结束语 ：

    工板坯连铸机计算机自动控制系统采用西门子PLC控制系统，在实现“三电（既电气、仪表和计算机）一体化”的基础上，充分运用工业网络和现场总线技术多，将PLC与操作站、PLC与PLC、PLC与分布式I/O站有机地连接起来，实现快速、准确的控制，实现了设备的连锁启停、回路调节、报警、趋势记录等一系列功能，不但提高了钢水利用率、提高了铸坯质量、产量和连铸自动化水平，还降低了能耗，减少了故障停机率，提高了铸机作业率，同时也改善了工人工作环境，减轻了工人劳动强度,提高了工作效率。