连铸机电气自动化控制系统的应用

张小平

摘 要：连铸是通过浇铸、冷凝以及切害等工艺将钢水铸成钢坯。提升连铸的自动化控制对节约能源，减轻了劳动强度、提高成材率、改善环境具有重要影响。本文综述连铸自动化系统的构成，以某钢铁企业连铸集散自动化控制系统为例分析连铸自动化控制过程，为钢铁企业提高连铸机自动化控制系统水平提供参考。

关键词：连铸机；自动化；控制级；PLC

研究连铸机电气自动化控制系统对对企业结构和产品结构的简化和优化、提升经济效益具有重要意义。

一、连铸自动化系统的构成

连铸机电气控制系统主要包括现场各种电气元件、智能仪表秘交流传动装置，按功能化分可分为平台控制区域、铸流控制区域、后区控制区域、仪表控制区域四大部分。

1.连铸机平台控制区域自动化控制。连铸机平台控制区域自动化控制主要是对钢水罐回转台、中间包及中间包车、结晶器吸收风机、二冷水排烟风机以及附属设备电气系统进行控制。平台控制区域的功能是承接钢水罐，移动中间包与结晶器、排放扇形段二冷区域烟气。

（1）钢水罐回转台在设计上采用变频器传动控制方式，并且在变频器的容量选择上加大了一级。同时利用变频器的S曲线加减速功能，通过调整S曲线保证加减速曲线的平滑快速，减少对减速机的冲击，然后再通过PLC程序判断变速限位、停止限位等实现旋转过程中高低速的自动切换和到位停车。

（2）中间包的作用是减压、稳流、去杂质、贮存钢水、分流和中间包冶金，为保证中间包车可靠稳定运行，中间包车的走行应该采用变频传动控制方式。

（3）结晶器烟气吸收风机的电气系统的作用是将冷却水与高温的钢水接触产生大的烟气及时排出，结晶器烟气吸收风机的电气系统可用不可逆电机实现。为使二冷排蒸汽风机不过载，控制的微动开关要设计4个位置检测，即开过转矩、开到位、关到位、关过转矩。

2.连铸机铸流区域的电气控制系统。铸流区域的电气控制系统是连铸机核心控制部分，主要控制坯连铸机运转方式的选择，结晶器在线调宽，结晶器的振动装置，扇形段压下及压力，扇形段的驱动以及引锭杆和板坯的跟踪等。

（1）板坯连铸枫的运转模式要设计维护、检测、送引锭、点动、保持、浇铸以及尾坯等七种模式。

（2）结晶器在线调宽能够缩短更换结晶器的时间，提高铸机作业率。结晶器在线调宽电气控制系统主要包括调宽电机、脉冲编码器、结晶器定位装置、液压电磁阀和支撑导向锁紧装置液压电磁阀。

（3）扇形段压下及压力控制系统是根据扇形段跟踪系统对各种工作模式下的引锭杆及铸坯的位置跟踪，完成扇形端的压下及压力控制功能，是通过光电编码器的数值，计算出板坯或者引锭杆实际的位置。

（4）扇形段驱动的作用是使铸坯所受的拉矫力平衡，在设计上要通过变频器对电机进行软启动，实现电机负载平衡。

（5）结晶器振动系统的作用是防止坯壳与结晶器粘结丽被拉裂，减轻铸坯振动，提高铸坯质量与拉速。主要是通过液压系统的反馈与控制其振动。

3.连铸机后区控制区域控制。连铸机后区控制有输送辊道、切割机、脱引锭杆设备、切头切尾收集小车、引锭杆存放及对中设备、去毛刺机、毛刺收集小车、升降挡板和横移台车等部分。输送辊道可采用l台变频器控制多台辊子电机的驱动。切割前辊道、切割后辊道、去毛刺辊道和称量辊道采取成组传动方式，每组辊道的电机各由一台变频器控制以降低成本。

4.连铸机仪表控制系统控制。连铸机仪表控制系统主要是对连铸机生产过程中的流量、压力、温度等工艺参数进行检测和控制。

二、连铸集散自动化控制系统

连铸集散自动化控制系统又称为分布式控制系统，是当前钢铁企业广泛使用的集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示等技术为一体的新型计算机控制系统。集散自动化控制系统的设计原则是采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自治。

其构成分三大部分，即基本控制器、通信通道与接口、人机联系装置。系统体系结构通一般分为分散过程控制级，集中操作监控级，综合信息管理级。各级之间由通信网络连接，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。

1.分散过程控制级控制。分散过程控制级直接面向生产过程，与生产过程现场的传感器、变送器、执行机构和电气开关相连接，完成生产过程的数据采集、调节控制和顺序控制等功能，其过程输入信息是面向传感器的信号及开关量等信号，其输出驱动执行机构。分散过程控制级能与集中监控级进行数据通信，接收显示操作站下传加载的参数和作业命令以及将现场工作情况信息整理后向显示操作站报告。

分散过程控制级主要由安放在连铸电气室的公用PLC、铸流PLC、仪表PLC，安放在出坯操作室的出坯区PLC、切割PLC以及连铸生产线上其他现场控制站、智能调节器和测控装置等组成。每一台PLC控制一个区域的被控对象，各控制器之间可以通过信号传递进行内部联锁、响应或发令等，或由上位机通过数据总线进行通信。各控制单元具有独立的PLC，可单独完成它所承担的各种任务和控制功能，某一台PLC出现故障时，不影响其它PLC的运行。在现场可设置控制柜与远程柜，这样不但节省电缆，减少线路干扰，提离响应速度，增加系统的可靠性，同时便于现场进行大量数据处理，减少信息传输量，减轻上位机的压力。

2.集中操作监控级控制。集中操作监控级主要是显示操作站，完成显示、操作、记录、报警等功能，同时兼有部分管理功能。它把过程参量的信息集中化，对各个现场配置的控制站的数据进行收集，可以通过简单的操作，进行过程量、工艺流程、趋势曲线的显示以及改变过程参数。集中操作监控级主要由安放在连铸主操作室、切割室和出坯室的监控计算机、工程师显示操作站、操作员显示操作站等多台计算机组成。工程师站主要用来编制和修改程序，操作员显示操作站负责生产过程和设备的运转及操作监视、数据设定和故障报警等。

3.综合信息管理级控制。综合信息管理级由管理计算机、办公自动化系统和工厂自动化服务系统構成，主要执行生产管理和经营者管理功能。本系统主要由综合信息管理级服务器和操作站组成，完成对数据的采集与处理、历史数据的记录，并且和上游和下游工艺保持通讯，调整安排和调整生产计划。

4.通信网络控制。通信网络是集散系统的神经中枢，它将物理上分散配备的多台计算机有机地连接起来，实现了相互协调、资源共享的集中管理。通过数据通信线，将现场控制站、局部操作站、监控计算机、中央操作站和管理计算机连接起来，构成了多级控制系统。根据各级的不同要求，通信网也分为高、中、低三种通信速度的网络。低速网络面向分散过程控制级，中速网络面向集中操作监控级，高速面向综合信息管理级。

总之，本文分析了连铸集散自动化控制系统能够简化生产工艺，缩短工艺流程，提高了综合成材率，节能降耗作用显著；随着新型结晶器、新型保护渣、结晶器非正弦振动、结晶器内电磁制动及液面高精度控制技术的发展，深入研究连铸机自动化对提高钢铁企业的自动化程度、节能降耗、提高铸坯质量和减轻工人劳动强度具有重要的现实意义。

参考文献：

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[2]鹿艳，高朝波，徐江，李亮，赵静.唐钢2～#板坯连铸机自动化系统的设计特点[J].重型机械，2010（S1）.