摘要：本文主要介紹了板坯連鑄的生產工藝及其系統概況，以及西門子PLC在柳鋼4#坯連鑄機系統中的應用。
關鍵詞：PLC 連鑄機 遠程站 變頻器 Profibus-DP

Application of Siemens PLC In Billet Caster

Abstract：This text mainly introduce the production craft of the billet caster and its system general , also the application of siemens PLC in NO.4 billet caster of Liugang.
Key Words: PLC Caster Remote station Transducer Profibus-DP

一、概述

進入21世紀以來，隨著連鑄機技術的不斷進步，使得冶金行業對連鑄的高效化有了更高的要求。提高連鑄的自動化水平，對保證鑄坯質量、提高連鑄機的勞動生產率、增加鑄機的金屬收斂率，以及減少工人勞動強度都起到至關重要的作用。柳鋼轉爐廠的4#板坯連鑄機，屬于立彎式直弧形連鑄機，弧形半徑達9米，可生產寬1400~1800毫米、厚180~250毫米規格的板坯。在該板坯的自動化控制系統中，西門子PLC及其網絡以其接口簡單、組態方便、編程容易、實時性強而得到廣泛應用。


二、生產工藝簡介

工藝流程圖如：

三、系統介紹

根據板坯連鑄機生產工藝的特點，該自動化信息系統分為二級，即1級基礎自動化系統和2級過程控制計算機系統，帶有部分管理功能。L1是一套完整的電/儀一體化控制系統，其主要作用包括：一、完成各工藝裝置的邏輯/順序控制和操作，工藝參數的設置；二、工藝參數、設備狀態的顯示和報警及工藝流程畫面的監控；三、過程控制及計算機的通信等。L2的功能包括鑄機的模型計算、參數設定、質量跟蹤等。

在網絡配置上，上位機（winccc操作站）與PLC之間通過光纖收發器轉換為100Mbps的工業以太網（Industry Ethernet）相連，通過TCP/IP協議實現數據交換。各PLC的CPU之間的數據共享通過MPI接口連接實現。PLC與遠程I/O、變頻器之間的通訊通過Profibus-DP網實現。Profibus-DP主要用于工業自動化系統的高速數據傳送，實現調節和控制功能，是一種高速低成本通訊，用于設備級控制系統與分散式I/O的通訊，是計算機網絡通訊向現場級的延伸。該系統網絡圖如下所示：



1、 人機接口HMI

自動化控制系統軟件采用SIEMENS 公司的PCS7 V5.2軟件包，PLC控制系統軟件采用STEP 7 V5.2版本編程，上位機HMI監控系統采用WinCC V5.1版本編程。該系統通過軟件組態編程實現過程控制所必要的全部監控功能，包括澆注過程中各種設備狀態和相關參數的動態顯示、電氣設備的CRT操作及顯示、操作模式的選擇以及故障報警、操作記錄、實時趨勢和歷史趨勢曲線等。從而滿足工藝模型自動控制、工況監測、安全生產、介質消耗計量等要求，實現自動化系統的人機接口功能。

2、 基礎自動化系統

由于西門子PLC具有可靠性高，抗干擾能力強；編程方便，功能完善，易于使用；控制系統設計、安裝、調試方便；維修方便，維修工作量小；適應性強，應用靈活等特點，所以該控制系統以 西門子PLC 控制裝置為核心。該系統由公用PLC、鑄流PLC、儀表PLC、切割PLC和各遠程站組成，各PLC采用德國西門子公司最新型的PLC S7-400、300系列產品，遠程站I/O采用德國圖爾克的產品，各部分PLC的主要功能如下：

公用PLC：主要完成對大包回轉臺及包蓋的旋轉、升降的控制，中間罐車行走、升降、橫移對中控制，液壓系統控制，切割前、切割下、切割后和出坯輥道、推鋼機的控制，脫引錠裝置，引錠桿存放及對中裝置以及切頭切尾輸出裝置的控制。

鑄流PLC：主要完成扇形段2~13段的驅動輥升降和傳動控制，夾緊輥的壓力轉換控制、引錠桿及鑄坯位置的跟蹤控制、結晶器調寬和振動控制。

儀表PLC：主要完成結晶器冷卻水流量和壓力的控制、二次設備冷卻水、二次噴淋水的流量調節和壓力的控制，以及其他過程參數的設定、采集、監視及回路調節等。

切割PLC：主要完成對火焰切割機大車行走、切割槍的行走、定位控制，切割下輥道的升降，切割后輥道的控制。

各遠程站： 主要是根據控制功能區域的不同，把整個系統劃分為分散式的控制單元，利用Profibus總線將PLC所要采集和控制的點分散到現場操作臺、箱中。在現場操作臺、箱內（如大包操作臺、切割操作臺、出坯操作臺等）設置I/O站，實現分散遠程控制，這樣由操作臺、箱通過端子外引的控制電纜可大大減少，不但系統簡單可靠,還節省投資，方便維護。

3、調速傳動控制系統

電氣傳動采用的是西門子公司SIMOVERT MASTERDRIVES 6SE70系列的和MICROMASTER 440系列的全數字矢量控制變頻調速裝置。440系列的變頻器主要用在火焰切割機上，其余的都用6SE70系列變頻器控制。MICROMASTER 440通用型變頻器由微處理器控制，并采用具有現代先進技術水平的絕緣柵雙極晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，具有很高的運行可靠性和功能的多樣性，全面完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。

四、主要控制功能說明

1、大包回轉臺及中間罐車控制

裝有合格鋼水的鋼水包，由行車吊至大包回轉臺鋼包臂上，包臂旋轉至澆注位，等待澆鑄。預熱好的中間罐由中間罐車運送至結晶器上方，中間罐下降，對中就位。鋼水罐下降后手工開啟滑動水口，鋼水經長水口進入中間罐。待中間罐內鋼水達到一定重量后人工打開中間罐塞棒，鋼水通過浸入式水口流入結晶器內。

2、送引錠、脫引錠控制

送引錠：發出自動送引錠指令后，引錠桿存放小車向下反轉運行，將引錠桿送入到切割后輥道上。到位后小車停止，4個對中缸推出進行對中，然后切割后、切割下、切割前輥道啟動，以30米/分的速度將引錠桿送入到水平扇形段內。當引錠桿尾部離開2#光電管時，切割后輥道停止。當引錠桿頭部到達1#光電管時，切割前和切割下輥道停止運轉。待操作臺發出確認指令后，輥道以5米/分的速度向扇形段內運行，同時安裝在2、7、13段的編碼器開始跟蹤，扇形段傳動輥逐段壓下，將引錠桿夾住送入結晶器下口。

脫引錠：當引錠桿從扇形段出來到達1#光電管時，脫引錠裝置將引錠頭與鑄坯分離，引錠桿被快速送到切割后輥道上，當引錠桿到達2#光電管時切割后輥道停止，然后引錠桿存放小車向上運行將引錠桿側移存放，等待下一澆次使用