摘要：本文介紹了羅克韋爾自動(dòng)化公司自控系統(tǒng)在矩形坯連鑄機(jī)中的應(yīng)用，對(duì)自控系統(tǒng)的硬件組態(tài)以及控制功能及其實(shí)現(xiàn)作了主要描述。
一、概述
萊鋼煉鋼廠4a#連鑄機(jī)為一臺(tái)三機(jī)三流的矩形坯連鑄機(jī)，年生產(chǎn)能力為80萬(wàn)噸，與中型 軋機(jī)構(gòu)成一條熱裝熱送短流程生產(chǎn)線。本文將對(duì)其基礎(chǔ)級(jí)自控系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。
二、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介
鋼水包由轉(zhuǎn)爐車(chē)間運(yùn)至連鑄車(chē)間后，由車(chē)間行車(chē)將鋼水包置于大包回轉(zhuǎn)臺(tái)鋼包臂 上，旋轉(zhuǎn)至澆注位后，鋼水 由鋼包流入中間罐車(chē)，達(dá)到開(kāi)澆液面后，澆鑄開(kāi)始。鋼水經(jīng)中間罐車(chē)注入結(jié)晶器，經(jīng)過(guò)初次冷卻控制以及振動(dòng)控制調(diào)節(jié)后，進(jìn)入二冷區(qū)。自控系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤鑄坯的位置及長(zhǎng)度，鑄坯到達(dá)冷卻段時(shí)，由二次冷卻系統(tǒng)對(duì)鑄坯進(jìn)行水/氣的混合冷卻。系統(tǒng)跟蹤鋼坯頭到達(dá)矯直區(qū)時(shí)，拉矯機(jī)依次進(jìn)行換壓操作;跟蹤到脫引錠位時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行脫引錠操作。鋼坯達(dá)到定尺長(zhǎng)度后，由火焰切割機(jī)實(shí)施切割，切割后由輸出輥道運(yùn)出，再由橫向移鋼機(jī)運(yùn)至熱送輥道，最后由熱送輥道運(yùn)到中型加熱爐進(jìn)行軋 制。
三、系統(tǒng)構(gòu)成及配置
系統(tǒng)采用了美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司的PLC5作為主控制器，SLC500 用于火焰切割自動(dòng)控制，選用羅克韋爾自動(dòng)化公司1336系列的變頻器用于交流調(diào)速控制，遠(yuǎn)程I/O模板用于切割區(qū)以及出坯區(qū)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的控制，以工業(yè)以太網(wǎng) 以及DH+網(wǎng)作為控制網(wǎng)絡(luò)。在該系統(tǒng)中，共采用了4套A-B PLC-5/40E分別用于鑄機(jī)的公用系統(tǒng)以及鑄流系統(tǒng)的自動(dòng)控制。根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)模，并保留有25%左右的控制點(diǎn)余量，PLC系統(tǒng)的硬件
公用系統(tǒng)
主機(jī)架通過(guò)CPU上的通道1B(組態(tài)為Remote I/O Scanner方式)外帶了5只擴(kuò)展機(jī)架、6塊Remote I/O模板以及4臺(tái)1336 PLUS變頻器。
具體配置為
電源模板(1771-P7，16A)6塊、CPU(1785-L40E)1塊、AI模板(1771- IFE)3塊、AO模板(1771-OFE)3塊、RTD模板(1771-IR)1塊、高速計(jì)數(shù)模板(1771-VHSC)1塊、24VDC DI模板(1771-IBD)25塊、24VDC DO模板(1771-OBD)14塊、220VAC DI模板(1771-IMD)23塊、220VAC DO模板(1771-OMD)16塊、遠(yuǎn)程I/O適配器(1771-ASB)5塊、遠(yuǎn)程I/O模板(32入/32出：1791-IOBW)4塊、遠(yuǎn)程I /O模板(16入/16出：1791-16BC)1塊、遠(yuǎn)程I/O模板(24入/8出：1791-24B8)1塊、25匹馬力1336 PLUS變頻器(CAT 1336S-B025-AA-EN4-CTM1-HA2)2臺(tái)、20匹馬力1336 PLUS變頻器(CAT 1336S-B020-AA-EN4-CTM1-HA2)2臺(tái)。
鑄流系統(tǒng)
用于鑄流控制的三套PLC系統(tǒng)的配置完全相同，均是：主機(jī)架通過(guò)CPU上的通道1B(組態(tài)為Remote I/O Scanner方式)外帶了2只擴(kuò)展機(jī)架、3塊Remote I/O模板以及7臺(tái)1336 FORCE變頻器;另外，采用了3套A-B公司的小型產(chǎn)品SLC 500 分別用于每流的火焰切割機(jī)的自動(dòng)控制。SLC 500 PLC通過(guò)CPU上的DH+通訊口與PLC-5/40E的CPU上的通道1A通訊口(配置為DH+)連接構(gòu)成了DH+網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
PLC5具體配置為
電源模板(1771-P7，16A)3塊、CPU(1785-L40E)1塊、AI模板(1771- IFE)4塊、AO模板(1771-OFE)8塊、RTD模板(1771-IR)2塊、高速計(jì)數(shù)模板(1771-VHSC)1塊、24VDC DI模板(1771-IBD)5塊、24VDC DO模板(1771-OBD)4塊、220VAC DI模板(1771-IMD)7塊、220VAC DO模板(1771-OMD)5塊、遠(yuǎn)程I/O適配器(1771-ASB)3塊、遠(yuǎn)程I/O模板(1791-IOBW)3塊、25匹馬力1336 FORCE變頻器(CAT 1336T-B025-AA-GTIEN)4臺(tái)、40匹馬力1336 FORCE變頻器(CAT 1336T-B040-AA-GTIEN)3臺(tái)。
SLC500具體配置為
電源模板(1746-P2)1塊、CPU(1747-L542)1塊、 DI模板(1746-ITB16)1塊、DI模板(1746-IB16)4塊、 DO模板(1746-OW16)2塊、DO模板(1746-OB16)2塊。
4套PLC5 通過(guò)各自CPU上的以太網(wǎng)口(通道2)掛在以太網(wǎng)上，并通過(guò)MSG指令相互傳遞數(shù)據(jù);共25臺(tái)1336變頻器作為遠(yuǎn)程站采用Remote I/O Scanner方式與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊：其啟動(dòng)、停止、速度給定等指令均由PLC下達(dá)給變頻器，同時(shí)變頻器的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)以同樣形式反饋給PLC。另 外，4臺(tái)高性能PⅢ工控機(jī)作為系統(tǒng)的上位機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，完成鑄機(jī)生產(chǎn)的監(jiān)控，其中3臺(tái)為操作員站，互為備用，用于生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控;1臺(tái)為工程師站，可以完成對(duì)軟件系統(tǒng)的查閱、修改等工作(系統(tǒng)配置圖如圖1所示)。
四、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制功能及實(shí)現(xiàn)
4.1 PLC程序的設(shè)計(jì)
控制程序使用羅克韋爾 自動(dòng)化公司專(zhuān)用編程軟件Rslogix5，并全部采用簡(jiǎn)單易懂的梯形圖方式編制而成，分為公用控制程序及鑄流控制程序共4套。
每套控制程序均采用了流行的模塊化/結(jié)構(gòu)化編程方法：根據(jù)控制對(duì)象、控制目的的不同把控制程序分為若 干控制部分，由主程序在每次掃描周期中依次調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)各自的控制功能;在每一個(gè)梯形圖文件中，把控制功能相同的程序放在同一控制段中，并加以注釋。這種結(jié)構(gòu)化編程方法使得程序的查閱、功能的擴(kuò)充及修改變得更加容易，大大增強(qiáng)了程序的靈活性、可讀性、實(shí)用性和維護(hù)性。
4.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
上位監(jiān)控系統(tǒng)采用Rsview32制作，Rslinx負(fù)責(zé)完成與PLC的數(shù)據(jù)通訊。根據(jù)生產(chǎn)工藝、控制功能 的要求，共制作了9大部分、共計(jì)40余幅監(jiān)控畫(huà)面。
4.3主要的控制功能及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
圖 1
主要控制功能： 該自動(dòng)控制系統(tǒng)主要用于連鑄機(jī)生產(chǎn)的基礎(chǔ)級(jí)自動(dòng)化控制，通過(guò)采用A-B自動(dòng)化控制技術(shù)可完成基礎(chǔ)生產(chǎn)工藝過(guò)程的全自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)聯(lián)鎖，介質(zhì)溫度、壓力、流量的檢測(cè)調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)的通訊處理、故障報(bào)警以及生產(chǎn)狀況的在線監(jiān)控等功能。
主要控制功能有：中間罐車(chē)行走、升降功能;結(jié)晶器冷卻水、二冷水、公用介質(zhì)的流量及壓力檢測(cè)調(diào)節(jié)功 能;推鋼機(jī)控制功能：橫移機(jī)控制功能;大包、中間包的鋼水測(cè)溫及稱(chēng)重功能;大包旋轉(zhuǎn)及升降控制;液壓站控制;結(jié)晶器振動(dòng)控制;拉矯機(jī)/拉矯輥控制;輸出輥 道控制;結(jié)晶器冷卻水控制;二冷水控制;自動(dòng)跟蹤控制;火焰切割控制以及生產(chǎn)的在線監(jiān)控等。關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)：
變頻調(diào)速控制技術(shù)：中間罐車(chē)、拉矯機(jī)、結(jié)晶器、輸出輥道、橫移機(jī)等設(shè)備均采用了變頻調(diào)速控制技術(shù)。PLC通過(guò)Remote I/O Scanner通訊方式將控制命令傳達(dá)給變頻器，同時(shí)接收變頻器的狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋信息;控制程序則通過(guò)采用MOV指令將啟/停、正/反轉(zhuǎn)、速度給定值等命令信息以輸出字的數(shù)據(jù)格式傳送給變頻器，從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的自動(dòng)控制。
二冷區(qū)的全自動(dòng)配水控制算法：理論上理想的二冷配水控制曲線是一條二 次曲線：F=aV2+bV+c，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。為此，我們采用直線仿真曲線技術(shù)：采用三條斜率不同的直線來(lái)模擬二次曲線，根據(jù)當(dāng)前的拉速及三條直線所對(duì)應(yīng)的a、b值分別計(jì)算出三個(gè)配水量F1、F2、F3，然 后取其最大值作為當(dāng)前的實(shí)際給定值：Fsp = Max{F1，F2，F3}(如圖2所示)。此外，軟件上通過(guò)PID指令完成七段回路儀表調(diào)節(jié)控制(控制框圖見(jiàn)圖3)。
鑄流自動(dòng)跟蹤技 術(shù)：PLC根據(jù)A-B增量型編碼器(安裝于3#拉矯機(jī)上，1024脈沖/圈)發(fā)送至高速計(jì)數(shù)模板的脈沖數(shù)，自動(dòng)計(jì)算并完成送引錠模式、澆注模式下的拉矯機(jī) /拉矯輥、二冷區(qū)配水、電機(jī)測(cè)速以及鑄坯測(cè)長(zhǎng)等全自動(dòng)控制。
火焰切割自控系統(tǒng)：<該系統(tǒng)單獨(dú)采用3套SLC500 PLC，并建立了DH+通訊手段與PLC5進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。根據(jù)PLC5發(fā)送過(guò)來(lái)的鑄坯測(cè)長(zhǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼坯切割的自動(dòng)化控制，并具有2種定尺(本機(jī)、 上位)、3種操作方式(手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng))的控制功能。同時(shí)PLC5根據(jù)SLC500的反饋信息控制輸出輥道的動(dòng)作將切割完畢的鑄坯運(yùn)出。控制程序則使用MSG指令來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)信息的相互傳遞。
鑄機(jī)生產(chǎn)的自動(dòng)在線監(jiān)控技術(shù)：采用Rsview32監(jiān)控技術(shù)、Rslinx通訊技術(shù)開(kāi)發(fā)了鑄機(jī)生產(chǎn)的在線監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)分為總貌、風(fēng)機(jī)液壓站、條件及狀態(tài)、公用檢測(cè)、一冷、二冷、設(shè)備冷卻水、液面控制和其它9大部分，具有如下主要功能：
生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)的在線顯示監(jiān)控;
生產(chǎn)數(shù)據(jù)的上位設(shè)定及生產(chǎn)模式的控制選擇;
設(shè)備控制方式的選擇以及設(shè)備的遠(yuǎn)程 控制、介質(zhì)的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié);
趨勢(shì)記錄、故障報(bào)警、報(bào)表打印以及系統(tǒng)故障自診斷。
圖2
圖3
五、結(jié)束語(yǔ)
該自控系統(tǒng)綜合集成了美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司的PLC控制技術(shù)、畫(huà)面監(jiān)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò) 通訊技術(shù)以及變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了連鑄機(jī)基礎(chǔ)生產(chǎn)工藝過(guò)程的自動(dòng)化控制，可完成連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)聯(lián)鎖控制，介質(zhì)參數(shù)的檢測(cè)調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)的通訊處理、故障報(bào)警診斷以及生 產(chǎn)狀況的在線監(jiān)控等功能。經(jīng)過(guò)三年多的運(yùn)行驗(yàn)證，該系統(tǒng)控制功能先進(jìn)、安全穩(wěn)定可靠，有效地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善了工作人員的工作環(huán)境，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為生產(chǎn)的順行提供了可靠的保障，并取得了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
