尚啟彬

摘要：本論文的工作來源于“馬鋼（合鋼）股份公司第二煉鋼2車間四機(jī)四流控制系統(tǒng)”整體改造項(xiàng)目。全文介紹連鑄生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、工作原理和工藝組成。對(duì)連鑄控制系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，四機(jī)四流按控制系統(tǒng)進(jìn)行劃分為公用系統(tǒng)，一至四流四個(gè)鑄流系統(tǒng)，包括西門子PLC硬件配置、I/O從站分配、變頻器從站分配、I/O地址分配、編程及軟件設(shè)計(jì)等一系列細(xì)節(jié)，介紹了上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC系統(tǒng)，并且在上位機(jī)中實(shí)現(xiàn)分級(jí)管理操作，以便完成二次冷卻水的自動(dòng)配水和鋼種研發(fā)拓展操作配置。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，滿足生產(chǎn)的要求。

關(guān)鍵詞：方坯? ?連鑄機(jī)? 改進(jìn)與優(yōu)化

一、連鑄控制系統(tǒng)的工藝及組成

各個(gè)系統(tǒng)的工藝及組成概述

鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)，是標(biāo)志一臺(tái)連鑄水平的重要設(shè)備，主要是解決澆注鋼包和等待鋼包的定位問題，能根據(jù)需要調(diào)整其所在位置高度，以便實(shí)現(xiàn)無氧化澆注所需要的長水口的安裝，用氧氣管燒開結(jié)瘤的鋼包澆注口，等鑄機(jī)開澆時(shí)操作工順利進(jìn)行開澆操作的要求，以快速準(zhǔn)確地達(dá)到多爐連澆的目的。鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)包括：上部的支撐臺(tái)架，中部的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置，下部的底座，及在事故或掉電狀態(tài)下需進(jìn)行回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)?；剞D(zhuǎn)到澆注位置需要鎖定的，還應(yīng)有鎖定裝置，其支撐臺(tái)上裝有兩個(gè)向兩邊伸出的臂，每個(gè)臂梁上各有一個(gè)鋼包罐。一只供澆注用，一只供調(diào)換用，支撐臺(tái)上裝有稱重傳感器，通過滑環(huán)傳給PLC作為控制用。支撐臺(tái)臺(tái)架由帶有滾動(dòng)軸承的齒圈支撐并在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的底座上旋轉(zhuǎn)，支撐臺(tái)架由馬達(dá)（事故狀態(tài)下位液壓馬達(dá)）帶動(dòng)，可以旋轉(zhuǎn)180度角。

中間包，是放在鋼包和結(jié)晶器之間的中間容器，鋼包內(nèi)的鋼水先流入中間包，然后通過中間包的浸漬式人水口流入結(jié)晶器內(nèi)。它是實(shí)現(xiàn)多爐連澆所必須的中間容器，中間包有一定深度，從而保證了鋼水能在穩(wěn)定的壓力下，平穩(wěn)地流入結(jié)晶器，減少注入結(jié)晶器的鋼水因沖擊而引起的紊流，使結(jié)晶器的鋼水液面保持平穩(wěn)，同時(shí)鋼水在中間包內(nèi)停留一段時(shí)使非金屬夾雜物進(jìn)一步上浮，凈化了鋼水，另外利用中間包在同時(shí)澆注幾流鑄坯時(shí)可以起著分流作用;在多爐連澆時(shí)，能存儲(chǔ)一定數(shù)量的鋼水，這樣保證了連鑄機(jī)多爐連澆的正常進(jìn)行。

結(jié)晶器，是連鑄設(shè)備中一個(gè)非常重要的部件，鋼水流入結(jié)晶器后與結(jié)晶器水冷內(nèi)壁接觸，將熱量傳至結(jié)晶器內(nèi)壁再通過結(jié)晶器內(nèi)的冷卻水帶走，使鋼水初步凝固成型，結(jié)成一定厚度的坯殼。結(jié)晶器振動(dòng)裝置是使結(jié)晶器在拉坯過程中不斷地發(fā)生振動(dòng)，而且振動(dòng)的頻率和幅度隨著拉坯的速度不同而不同。鑄坯在結(jié)晶器里由鋼水凝固薄殼并漸厚的過程中，由于潤滑不好等原因，容易與銅板粘結(jié)而發(fā)生粘掛拉裂或漏鋼事故，這對(duì)連鑄和設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞，乃至至中段生產(chǎn)。而振動(dòng)式結(jié)晶器就能很好的防止這一點(diǎn)，保證拉坯順利進(jìn)行。本課題的要求振動(dòng)范圍是87.5HZ到263HZ。

二、智能控制算法概述

1.二.1PID控制器算法概述

比例、積分、微分控制（簡稱PID控制）是過程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。從控制理論可知，PID控制能滿足相當(dāng)多的工業(yè)對(duì)象的控制要求。PID控制器是應(yīng)用最廣泛的控制器，有人估計(jì)現(xiàn)在有90%以上的閉環(huán)控制采用PID控制器。

一個(gè)典型的PID單回路控制系統(tǒng)如圖2-2所示，圖中c是被控參數(shù)，r是給定值。

1.二.2智能PID器算法概述

智能控制的的概念主要是針對(duì)被控對(duì)象、環(huán)境、控制目標(biāo)或任務(wù)的復(fù)雜性而提出的。智能控制算法也稱仿人智能算法，它是建立在儀表工程師（專家）和熟練操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)（策略）基礎(chǔ)上的軟件算法。軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是把這種人類自然語言描述的經(jīng)驗(yàn)和策略轉(zhuǎn)化為儀表種微機(jī)能夠接受的用計(jì)算機(jī)語言描述的軟件算法，使儀表實(shí)時(shí)地模仿人的控制作用，完成控制任務(wù)。較之傳統(tǒng)控制理論，智能控制對(duì)于環(huán)境、任務(wù)、對(duì)象的復(fù)雜性具有更高的適應(yīng)能力，所以能在更廣泛的領(lǐng)域中獲得應(yīng)用。

三、可編程控制器PLC的介紹

可編程控制器（Programmble? Controller）簡稱PC或PLC[17]。它是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，PLC已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制中，成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制裝置，被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）之一。

1.三.1可編程控制器的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域

（一）PLC的特點(diǎn)

PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，主要是因?yàn)樗哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。主要有以下特點(diǎn)：

A.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)

可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是PLC最重要的特點(diǎn)之一。PLC的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬個(gè)小時(shí)，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施：

硬件方面I/O通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響;對(duì)供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾;對(duì)CPU等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾;對(duì)有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。

B.編程簡單、使用方便

目前，大多數(shù)PLC采用的編程語言是梯形圖語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。同時(shí)，PLC編程器的操作和使用也很簡單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。

（二）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面：

A.開關(guān)量邏輯控制

利用PLC最基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

B.運(yùn)動(dòng)控制

大多數(shù)PLC都有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備，如對(duì)各種機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。

本課題中中采用SIEMENS S7-400系列PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄生產(chǎn)流程控制，溫度、壓力、流量等信號(hào)的采集，單體設(shè)備單、聯(lián)動(dòng)控制，控制模型計(jì)算等控制。S7-400是具有中高檔性能的可編程控制器。采用模塊化無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，適合于對(duì)可靠性要求較高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。容易擴(kuò)展和廣泛的通訊能力，容易實(shí)現(xiàn)的分布結(jié)構(gòu)以及用戶友好的操作使S7-400成為中、高檔性能控制領(lǐng)域首選的理想解決方案

參考文獻(xiàn)

[1]鄭鵬.連鑄二冷過程建模及配水的智能優(yōu)化研究[D].沈陽：東北大學(xué)， 2005

[2]高寬心，包燕平，劉建華.連鑄板坯三角區(qū)裂紋的成因及對(duì)策[J].山西冶金， 2005（4）： 19-20.

[3] 劉穎，曹天明，郗安民，板坯連鑄二次冷卻控制 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2006（3）

[4] 姜永林，連鑄生產(chǎn)概論，沈陽：東北工學(xué)院出版社，1992：45～107

[5]鄭沛然，連鑄工藝及設(shè)備，北京：冶金工業(yè)出版社，1991：206～227

[6] 馬竹梧.煉鐵生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.