基于 PLC 控制系统 在冶金连铸电气中的设计分析

　　摘要：连铸机生产效率和铸坯质量受到冶金连铸生产自动化水平的直接影响，PLC 控制系统的应用使得冶金连铸电气控制系统的自动化水平大幅度提高，并保证了冶金工业的精度和铸坯件的质量。因此要加强冶金连铸电气中 PLC 控制系统的运用，不断优化其设计，发挥 PLC 控制系统的功能和作用，提高冶金连铸电气控制的总体水平。

　　连铸过程是炼钢和轧钢连接的中间环节，其可以转换液态钢为铸坯，所以连铸生产过程直接影响着冶金的轧钢质量和成材率。随着 PLC 控制系统的出现，目前冶金连铸电气中开始运用这一系统，使得连铸技术得到了完善，大大提高了连铸机自动化控制水平。

　　1、PLC 控制系统的主要构成及功能

　　1.1 PLC 控制系统的基本组成

　　西门子公司的 S7-300/400 系统运用的就是 PLC 控制系统，其硬件技术和软件系统成熟，使得数据更加方便。目前冶金自动化领域中开始运用 PLC 控制系统，其智能化系统是对人类思维活动进行了一种模拟。作为一种设计范围广的技术，PLC 控制系统综合了多门学科，系统复杂，使得冶金自动化系统的智能化控制过程可以由其来代替。

　　1.2 、PLC 控制系统的配置

　　PLC 控制系统由 2 套 PLC 柜体、2 台控制站、1 台工程师站和 1 台网络打印机组成其硬件配置，设置 2 台控制站是防止紧急情况控制失灵，保证系统的可靠性。冶金自动化生产的主机和辅助机器上运用了两套控制站，容错以太网接口模块、S7-400 控制处理器、电源模块、冗余模块、I/O 模块等构成其主要组成部分。而 Intel CPU 2.8GHZ 是 2 台控制站和 1 台工程师站的主要配置，运用的是 Windows XP sp3操作系统和 19LCD 显示器，具有 4GB RAM 的存储容量。而其软件配置包括控制站的编程软件 STEP 7 V5.5 SP2、2 台控制站 FIX 6.15 运行版的监控软件、1 台 FIX 6.15 开发版的工程师站监控软件。

　　1.3 、PLC 控制系统的功能

　　PLC 控制系统的运用需要先初始化处理数据系统，通常控制系统投入运行、精密点检后运行时或系统发生故障后，此时系统就需要重新启动进行初始化处理。这一处理过程首先需要对过程设备的状态信息和条件信息进行读取，就工艺流程图和设备运行状态进行展示。在所有定时器和计时器清零后，将设备操作方式设置为“手动”方式，接下来由操作员“手动”操作，对各设备的方式和状态进行指定。在保证设备当前状态正常和运行条件具备的情况下，操作员设置操作运行方式，将程序运行从“手动”方式切换到“自动”方式。而且也要选择其操作场所，在机旁操作箱上设有“远控 / 近控”权限选择开关，对需要在 PLC 上控制的设备操作地点设置为“近控”位置，现场设备的启动(开启)、停止(关闭)操作需要运用机旁操作箱上的操作指示灯和操作按钮。进行“远控”操作时，需要设置选择开关，在中控室的 PLC 控制站进行远方操作。对于 PLC 控制系统运行过程中发生的故障，另一台控制站会及时发出报警信号，并打印故障报告。通常PLC 故障由通讯故障、CPU 故障、冗余板卡故障多种故障，此时系统会自动无扰切换到冗余设备，并由操作站发出报警信号，在非冗余板卡发生故障时，专业人员进行确认排除。
 

　　2、 PLC 自动控制系统在冶金连铸电气的应用

　　2.1、 大包回转台控制

　　大包回转台由电机带动旋转，经过定位由上升位到下降位进行旋转。冶金连铸机的大包回转台需要承载两个钢包，在浇铸过程中要切换浇铸和待浇铸的状态，这一过程回转台承受的压力大，长时间的旋转状态下回转台会发生波动。因此，要提高旋转过程的效率，必须要对包回转台的旋转速度和时间进行精确控制，防止旋转的时间太长。在大包回转台旋转时要精确控制旋转角度，通过脉冲编码器检测旋转角度。运用脉冲编码器的检测，必须将两个同步的开关安装在大包回转台旁，清零脉冲，做好检测。如果大包回转台旋转到浇铸位置，可以通过 PLC 控制线圈使其停止。

　　2.2 、设备冷却水控制

　　冶金连铸机的运行过程要严格控制水流量，包括设备冷却水的水流温度、压力和流速等。通过水泵加压冷却水系统可以对连铸机设备进行供水，并对水进行冷却，在冷却塔冷却后再次加压使用。水泵要对从冷却塔出来的水流进行加压处理，PLC 控制系统检测加压后的水流压力和温度，供给连铸机设备的冷却水必须符合要求。从连铸机设备出来的水进入下一个循环使用过程中前，控制水流温度和流量可以通过PLC 控制系统。

　　2.3 、滑动水口控制

　　大包内的金属液流入中包需要通过滑动水口，所以必须控制大包的开合状态，保证水口流量的精度，有效防止发生安全事故。而且检测中包液位的信号需要运用称重传感器，其运用要结合 PLC 控制系统检测到的信号来设定程序和过程，这一运算结果为控制大包滑动水口的移动量提供依据。
 

　　3、PLC 控制系统在冶金连铸电气的设计策略

　　3.1 、拉矫液压站

　　拉矫液压站自动工作需要选择工作油泵，在系统压力低于 5.5Mpa 时会启动工作油泵，1分钟延时后电磁阀得电，系统开始供油。如果系统压力大于 7Mpa，此时电磁阀失电，油泵就会停止供油。因此，可以将油箱液位低限信号串入油泵和电磁阀的控制回路中，这样在管路严重泄漏出现低液位时，延时一段时间后系统就会将油泵和电磁阀自动关闭，保证异常状况下系统设备的安全。拉矫液压站可以进行声光报警，并在上位机的监控画面中展示报警信息。

　　3.2 、自动送引锭过程

　　自动送引锭过程的功能是运转 / 停止拉矫机的、引锭杆存放电机、自动抬起 / 压下拉辊和脱坯辊，通过自动送引锭过程来保证连铸生产过程的安全操作，有效避免产生巨大的经济损失和人身安全。因此，自动送引锭的程序中要对限位开关和时间联锁的双重控制进行设计，保证正常情况下设备控制由限位开关完成，一旦发生限位开关故障，其控制由计时器进行，为控制操作的安全可靠性提供保障。

　　3.3、铸坯切割过程铸坯切割的自动

　　工作状态有全自动和半自动两种方式，其中定尺仪发出的定尺信号为全自动方式的切割指令，在铸坯达到定长时，半自动切割方式会人为的发出切割指令。一旦接收切割指令，切割机就立即开始铸坯切割，而且抱夹缸电磁阀及预热燃气、预热氧、切割氧电磁阀都会分别得电。在铸坯切断后，此时回程缸电磁阀得电，其它所有电磁阀都会失电，切割机也会返回到初始位置，进行铸坯的自动切割。

　　3.4、 推钢机主令

　　控制器的推钢接点和退回接点控制着推钢机的工作行程，这一系统的控制设计目的是为了其安全联锁。在步进式翻转冷床进行工作时，推钢机不能推钢，而且推钢机推钢时不能同时进行翻钢机翻钢，这样才不会使得推钢机动作时推头与翻钢过程中的翻钢机发生冲突。一般在推钢机完成一个推钢周期后，对于翻钢机的动作封锁要进行解锁，然后由翻钢机继续下一个翻钢过程。

　　3.5 、步进式翻转冷床

　　在缩短冷床上铸坯的存放间隔时，可以反转步进式翻转冷床，而铸坯输送运用了冷床的正转动作。在减速机轴上安装的主令控制器的正反转接点控制冷床的正、反转和停止动作，这一控制任务对主令控制器接点进行精确控制，才能在冷床停止时停在下齿位，因为如果冷床停止在上齿位会对推钢机的推钢操作产生阻碍作用。在冷床自动工作时，必须要设计程序中推钢机退回动作一段时间后，才能使得冷床连续正转，因为在推钢机冷床退回后马上动作，容易发生与推钢机的碰撞，使得设备损坏。因此，要保证冷床连续正转 8 周，完成一次最多 8 根铸坯的输送工作，冷床正转动作时间的计算就要结合冷床电机转速、减速机减速比、主令控制器减速比等技术参数进行。通过这样的程序设计，主令接点的闭合动作可以立即停止冷床，在控制冷床停止时电机的惯性就不会将主令接点旋即打开，保证冷床可以正常运行，而不会出现无法停下来的情况。
 

　　4、结语

　　工业影响着我国的经济建设水平，冶金企业在连铸机电气运用 PLC 控制系统，有利于实现其社会效益、经济效益和生态效益的统一。因此，必须要认识到在冶金连铸电气中运用 PLC 控制系统的重要性，不断优化 PLC 系统设计，推动冶金连铸电气的自动化。