連鑄機(jī)鑄流控制系統(tǒng)升級(jí)及功能優(yōu)化的方法

程風(fēng)扣（蘇鋼集團(tuán),江蘇　蘇州　215153）

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連鑄機(jī)鑄流控制系統(tǒng)升級(jí)及功能優(yōu)化的方法

程風(fēng)扣
（蘇鋼集團(tuán),江蘇蘇州215153）

摘 要：蘇鋼1#連鑄機(jī)鑄流PLC控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的S5系列產(chǎn)品，經(jīng)過十幾年的運(yùn)行，設(shè)備趨于老化。隨著S5系統(tǒng)逐漸被淘汰，大多CPU和信號(hào)模塊已經(jīng)不再生產(chǎn)，不可避免地遇到了備件價(jià)格昂貴、供貨時(shí)間長(zhǎng)、維修成本高等問題，為此公司決定于2015年5月對(duì)該連鑄機(jī)鑄流PLC系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

關(guān)鍵詞：S7控制系統(tǒng)；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；變頻器

1　概述

1#連鑄機(jī)鑄流控制系統(tǒng)中，主站原采用雙機(jī)架結(jié)構(gòu)：主機(jī)架由S5 CPU 928、CP143通訊模塊、WF706計(jì)數(shù)模塊、4塊AI 466模擬量輸入模塊、3塊AO 470模擬量輸出模塊、7塊DI 430數(shù)字量輸入模塊、以及EG300擴(kuò)展模塊構(gòu)成；擴(kuò)展機(jī)架由4塊DO 451數(shù)字量輸出模塊、3塊DO 454數(shù)字量輸出模塊、以及ZG-AS 312擴(kuò)展模塊構(gòu)成。升級(jí)改造后的新硬件系統(tǒng)，主機(jī)架由 S7 CPU 416、CP443通訊模塊、FM450計(jì)數(shù)模塊、4塊A0 431模擬量輸出模塊、7塊DI 421數(shù)字量輸入模塊、以及IM460擴(kuò)展模塊構(gòu)成；擴(kuò)展機(jī)架由4塊DO 422數(shù)字量輸出模塊、2塊AI 432模擬量輸入模塊、以及IM461擴(kuò)展模塊構(gòu)成?，F(xiàn)上位機(jī)采用Wincc監(jiān)控軟件，上位機(jī)與PLC之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。

2　系統(tǒng)中一些主要的功能優(yōu)化

2.1二次冷卻水控制調(diào)節(jié)閥優(yōu)化

連鑄熱坯采用氣水霧化冷卻，這種冷卻方式，需要對(duì)冷卻水的流量進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。原S5系統(tǒng)采用薩姆森電液調(diào)節(jié)閥結(jié)合ABB電磁流量計(jì)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。基本工作原理是：ABB電磁流量計(jì)測(cè)量實(shí)際水流量，S5程序中將實(shí)際流量與目標(biāo)流量進(jìn)行比較，若在死區(qū)范圍外，則根據(jù)實(shí)際流量是大于或是小于目標(biāo)值，輸出關(guān)閉或是打開的脈沖信號(hào)給中間繼電器，從而再控制調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，直至實(shí)際流量值進(jìn)入死區(qū)范圍內(nèi)。但是使用經(jīng)驗(yàn)證明，此套調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在以下這些問題：控制設(shè)備都是進(jìn)口產(chǎn)品，且連鑄二冷區(qū)共有45套，維護(hù)更換成本高；控制存在死區(qū)，精度不高；存在中間繼電器，線路較多，增多了故障點(diǎn)；缺少現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)功能，緊急情況只能通過程序中手動(dòng)模式控制動(dòng)作。現(xiàn)升級(jí)后的S7系統(tǒng)采用鞍山工裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和上海威爾泰電磁流量計(jì)來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)。此套調(diào)節(jié)系統(tǒng)明顯存在以下這些優(yōu)點(diǎn)：控制設(shè)備都是國(guó)產(chǎn)，且價(jià)格僅是原來的30%左右，大大降低了維護(hù)成本；控制無死區(qū)，無余差，控制精度提高；不存在中間繼電器，線路簡(jiǎn)單，排查故障快；有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)功能，方便緊急情況下解決問題；在供水側(cè)有波動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)響應(yīng)快，穩(wěn)定性提高。

2.2輥道變頻器控制線路優(yōu)化

連鑄輸送輥道是用來傳送連鑄熱坯從拉矯機(jī)出來，直至出坯區(qū)域的通道。輸送輥道的速度是根據(jù)不同工況而變化的。原S5控制系統(tǒng)，基本控制原理是：PLC將輥道的啟停，正反轉(zhuǎn)信號(hào)通過數(shù)字量輸出模塊傳送到中間繼電器，再傳送到變頻器的數(shù)字控制端子DI，同時(shí)PLC將要調(diào)節(jié)的0-10V速度信號(hào)通過模擬量輸出模塊傳送給變頻器模擬控制輸入端子AI，變頻器根據(jù)這些DI ，AI信號(hào)控制輥道電機(jī)的啟停，正反轉(zhuǎn)，速度等狀態(tài)。此控制方式雖然可以達(dá)到調(diào)速目的，但是存在中間繼電器、線路較多及模擬信號(hào)線干擾等弊端，所以現(xiàn)升級(jí)S7系統(tǒng)后，廢棄以前的這些繁多的控制線路和中間繼電器，僅通過Profi bus-Dp通訊線，將變頻器掛到DP網(wǎng)上，PLC再通過SFC14、SFC15專用功能塊進(jìn)行控制和顯示參數(shù)的讀寫。此控制系統(tǒng)具有線路簡(jiǎn)單、抗干擾、速度快、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。

2.3溫度測(cè)量線路優(yōu)化

連鑄結(jié)晶器冷卻水進(jìn)出水都有獨(dú)立測(cè)溫，用來進(jìn)行計(jì)算溫差。如溫差大于程序設(shè)定值，則會(huì)發(fā)出報(bào)警，并結(jié)晶器線圈跳電。原S5系統(tǒng)測(cè)溫原理是：現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)出冷卻水管上的熱電阻信號(hào)傳送到溫度變送器MCR-PT100,再變送成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)進(jìn)入S5模擬量輸入模塊，然后程序進(jìn)行計(jì)算判斷。該測(cè)量線路中的溫度變送器需要定期進(jìn)行校驗(yàn)標(biāo)定，也容易受到溫度漂移等影響。所以現(xiàn)升級(jí)S7系統(tǒng)后，去除了中間的溫度變送器，直接將熱電阻信號(hào)接入S7模擬量輸入模塊，模塊供電回路供給熱電阻恒流源，當(dāng)熱電阻阻值變化時(shí)，模塊測(cè)量回路產(chǎn)生與溫度成比例的電壓，從而計(jì)算實(shí)際的溫度值，這種四線回路可以獲得很高的測(cè)量精度，同時(shí)通過配置溫度模塊的補(bǔ)償?shù)葏?shù)，就可以完成對(duì)溫度的精確控制。

2.4定尺編碼器測(cè)量線路優(yōu)化

熱坯需要根據(jù)用戶的規(guī)定，切割成要求的長(zhǎng)度，這就需要對(duì)熱坯進(jìn)行定尺。原來S5控制系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)編碼器、EBR40轉(zhuǎn)換器和S5計(jì)數(shù)模塊的組合，但在實(shí)際使用過程中，存在線路較多，轉(zhuǎn)換器故障等問題，現(xiàn)升級(jí)后的S7系統(tǒng)，F(xiàn)M450-1高速計(jì)數(shù)模塊直接給現(xiàn)場(chǎng)編碼器供電，旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號(hào)直接傳送回模塊的計(jì)數(shù)通道。此方法線路簡(jiǎn)單，便于檢查、排故。

2.5大包稱重線路優(yōu)化

稱重儀表位于大包回轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)，原來稱重信號(hào)經(jīng)過滑環(huán)送到PLC輸入模塊，但是滑環(huán)使用時(shí)間久后，會(huì)發(fā)生碳刷接觸不良，造成信號(hào)毛刺多，而且偶爾回轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)液壓油泄漏到滑環(huán)，會(huì)出現(xiàn)無稱重信號(hào)的麻煩。因此趁改造機(jī)會(huì)，在回轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)稱重儀表后端，增加無線發(fā)射裝置，連鑄平臺(tái)側(cè)加裝無線接收裝置，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無線傳輸。改造至今，信號(hào)接收穩(wěn)定可靠。

2.6結(jié)晶器振動(dòng)程序優(yōu)化

原S5系統(tǒng)中結(jié)晶器振動(dòng)程序塊被西門子公司加密，無法讀取。因此進(jìn)行了所有鋼種的動(dòng)態(tài)測(cè)試，記錄了大量的振動(dòng)，拉速數(shù)據(jù)，從中總結(jié)出規(guī)律和算法，最后獨(dú)立編寫了新的結(jié)晶器振動(dòng)控制程序。

3　結(jié)束語

通過此次S5控制系統(tǒng)升級(jí)的機(jī)會(huì)，進(jìn)行了很多的功能優(yōu)化，去除了以前存在的一些不穩(wěn)定因素，同時(shí)簡(jiǎn)化了控制線路，降低了排故難度，減輕了以后的維護(hù)成本。在升級(jí)后的S7控制系統(tǒng)中，硬件功能齊全，編程軟件中的特殊功能塊也十分豐富，所以在以后的實(shí)踐中，會(huì)找出更多可改進(jìn)、可優(yōu)化的地方，使得連鑄控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.237