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基于 PLC 控制系統(tǒng) 在冶金連鑄電氣中的設計分析
摘要：連鑄機生產效率和鑄坯質量受到冶金連鑄生產自動化水平的直接影響，PLC 控制系統(tǒng)的應用使得冶金連鑄電氣控制系統(tǒng)的自動化水平大幅度提高，并保證了冶金工業(yè)的精度和鑄坯件的質量。因此要加強冶金連鑄電氣中 PLC 控制系統(tǒng)的運用，不斷優(yōu)化其設計，發(fā)揮 PLC 控制系統(tǒng)的功能和作用，提高冶金連鑄電氣控制的總體水平。
連鑄過程是煉鋼和軋鋼連接的中間環(huán)節(jié)，其可以轉換液態(tài)鋼為鑄坯，所以連鑄生產過程直接影響著冶金的軋鋼質量和成材率。隨著 PLC 控制系統(tǒng)的出現，目前冶金連鑄電氣中開始運用這一系統(tǒng)，使得連鑄技術得到了完善，大大提高了連鑄機自動化控制水平。
1、PLC 控制系統(tǒng)的主要構成及功能
1.1 PLC 控制系統(tǒng)的基本組成
西門子公司的 S7-300/400 系統(tǒng)運用的就是 PLC 控制系統(tǒng)，其硬件技術和軟件系統(tǒng)成熟，使得數據更加方便。目前冶金自動化領域中開始運用 PLC 控制系統(tǒng)，其智能化系統(tǒng)是對人類思維活動進行了一種模擬。作為一種設計范圍廣的技術，PLC 控制系統(tǒng)綜合了多門學科，系統(tǒng)復雜，使得冶金自動化系統(tǒng)的智能化控制過程可以由其來代替。
1.2 、PLC 控制系統(tǒng)的配置
PLC 控制系統(tǒng)由 2 套 PLC 柜體、2 臺控制站、1 臺工程師站和 1 臺網絡打印機組成其硬件配置，設置 2 臺控制站是防止緊急情況控制失靈，保證系統(tǒng)的可靠性。冶金自動化生產的主機和輔助機器上運用了兩套控制站，容錯以太網接口模塊、S7-400 控制處理器、電源模塊、冗余模塊、I/O 模塊等構成其主要組成部分。而 Intel CPU 2.8GHZ 是 2 臺控制站和 1 臺工程師站的主要配置，運用的是 Windows XP sp3操作系統(tǒng)和 19LCD 顯示器，具有 4GB RAM 的存儲容量。而其軟件配置包括控制站的編程軟件 STEP 7 V5.5 SP2、2 臺控制站 FIX 6.15 運行版的監(jiān)控軟件、1 臺 FIX 6.15 開發(fā)版的工程師站監(jiān)控軟件。
1.3 、PLC 控制系統(tǒng)的功能
PLC 控制系統(tǒng)的運用需要先初始化處理數據系統(tǒng)，通常控制系統(tǒng)投入運行、精密點檢后運行時或系統(tǒng)發(fā)生故障后，此時系統(tǒng)就需要重新啟動進行初始化處理。這一處理過程首先需要對過程設備的狀態(tài)信息和條件信息進行讀取，就工藝流程圖和設備運行狀態(tài)進行展示。在所有定時器和計時器清零后，將設備操作方式設置為“手動”方式，接下來由操作員“手動”操作，對各設備的方式和狀態(tài)進行指定。在保證設備當前狀態(tài)正常和運行條件具備的情況下，操作員設置操作運行方式，將程序運行從“手動”方式切換到“自動”方式。而且也要選擇其操作場所，在機旁操作箱上設有“遠控 / 近控”權限選擇開關，對需要在 PLC 上控制的設備操作地點設置為“近控”位置，現場設備的啟動(開啟)、停止(關閉)操作需要運用機旁操作箱上的操作指示燈和操作按鈕。進行“遠控”操作時，需要設置選擇開關，在中控室的 PLC 控制站進行遠方操作。對于 PLC 控制系統(tǒng)運行過程中發(fā)生的故障，另一臺控制站會及時發(fā)出報警信號，并打印故障報告。通常PLC 故障由通訊故障、CPU 故障、冗余板卡故障多種故障，此時系統(tǒng)會自動無擾切換到冗余設備，并由操作站發(fā)出報警信號，在非冗余板卡發(fā)生故障時，專業(yè)人員進行確認排除。
2、 PLC 自動控制系統(tǒng)在冶金連鑄電氣的應用
2.1、 大包回轉臺控制
大包回轉臺由電機帶動旋轉，經過定位由上升位到下降位進行旋轉。冶金連鑄機的大包回轉臺需要承載兩個鋼包，在澆鑄過程中要切換澆鑄和待澆鑄的狀態(tài)，這一過程回轉臺承受的壓力大，長時間的旋轉狀態(tài)下回轉臺會發(fā)生波動。因此，要提高旋轉過程的效率，必須要對包回轉臺的旋轉速度和時間進行精確控制，防止旋轉的時間太長。在大包回轉臺旋轉時要精確控制旋轉角度，通過脈沖編碼器檢測旋轉角度。運用脈沖編碼器的檢測，必須將兩個同步的開關安裝在大包回轉臺旁，清零脈沖，做好檢測。如果大包回轉臺旋轉到澆鑄位置，可以通過 PLC 控制線圈使其停止。
2.2 、設備冷卻水控制
冶金連鑄機的運行過程要嚴格控制水流量，包括設備冷卻水的水流溫度、壓力和流速等。通過水泵加壓冷卻水系統(tǒng)可以對連鑄機設備進行供水，并對水進行冷卻，在冷卻塔冷卻后再次加壓使用。水泵要對從冷卻塔出來的水流進行加壓處理，PLC 控制系統(tǒng)檢測加壓后的水流壓力和溫度，供給連鑄機設備的冷卻水必須符合要求。從連鑄機設備出來的水進入下一個循環(huán)使用過程中前，控制水流溫度和流量可以通過PLC 控制系統(tǒng)。
2.3 、滑動水口控制
大包內的金屬液流入中包需要通過滑動水口，所以必須控制大包的開合狀態(tài)，保證水口流量的精度，有效防止發(fā)生安全事故。而且檢測中包液位的信號需要運用稱重傳感器，其運用要結合 PLC 控制系統(tǒng)檢測到的信號來設定程序和過程，這一運算結果為控制大包滑動水口的移動量提供依據。
3、PLC 控制系統(tǒng)在冶金連鑄電氣的設計策略
3.1 、拉矯液壓站
拉矯液壓站自動工作需要選擇工作油泵，在系統(tǒng)壓力低于 5.5Mpa 時會啟動工作油泵，1分鐘延時后電磁閥得電，系統(tǒng)開始供油。如果系統(tǒng)壓力大于 7Mpa，此時電磁閥失電，油泵就會停止供油。因此，可以將油箱液位低限信號串入油泵和電磁閥的控制回路中，這樣在管路嚴重泄漏出現低液位時，延時一段時間后系統(tǒng)就會將油泵和電磁閥自動關閉，保證異常狀況下系統(tǒng)設備的安全。拉矯液壓站可以進行聲光報警，并在上位機的監(jiān)控畫面中展示報警信息。
3.2 、自動送引錠過程
自動送引錠過程的功能是運轉 / 停止拉矯機的、引錠桿存放電機、自動抬起 / 壓下拉輥和脫坯輥，通過自動送引錠過程來保證連鑄生產過程的安全操作，有效避免產生巨大的經濟損失和人身安全。因此，自動送引錠的程序中要對限位開關和時間聯鎖的雙重控制進行設計，保證正常情況下設備控制由限位開關完成，一旦發(fā)生限位開關故障，其控制由計時器進行，為控制操作的安全可靠性提供保障。
3.3、鑄坯切割過程鑄坯切割的自動
工作狀態(tài)有全自動和半自動兩種方式，其中定尺儀發(fā)出的定尺信號為全自動方式的切割指令，在鑄坯達到定長時，半自動切割方式會人為的發(fā)出切割指令。一旦接收切割指令，切割機就立即開始鑄坯切割，而且抱夾缸電磁閥及預熱燃氣、預熱氧、切割氧電磁閥都會分別得電。在鑄坯切斷后，此時回程缸電磁閥得電，其它所有電磁閥都會失電，切割機也會返回到初始位置，進行鑄坯的自動切割。
3.4、 推鋼機主令
控制器的推鋼接點和退回接點控制著推鋼機的工作行程，這一系統(tǒng)的控制設計目的是為了其安全聯鎖。在步進式翻轉冷床進行工作時，推鋼機不能推鋼，而且推鋼機推鋼時不能同時進行翻鋼機翻鋼，這樣才不會使得推鋼機動作時推頭與翻鋼過程中的翻鋼機發(fā)生沖突。一般在推鋼機完成一個推鋼周期后，對于翻鋼機的動作封鎖要進行解鎖，然后由翻鋼機繼續(xù)下一個翻鋼過程。
3.5 、步進式翻轉冷床
在縮短冷床上鑄坯的存放間隔時，可以反轉步進式翻轉冷床，而鑄坯輸送運用了冷床的正轉動作。在減速機軸上安裝的主令控制器的正反轉接點控制冷床的正、反轉和停止動作，這一控制任務對主令控制器接點進行精確控制，才能在冷床停止時停在下齒位，因為如果冷床停止在上齒位會對推鋼機的推鋼操作產生阻礙作用。在冷床自動工作時，必須要設計程序中推鋼機退回動作一段時間后，才能使得冷床連續(xù)正轉，因為在推鋼機冷床退回后馬上動作，容易發(fā)生與推鋼機的碰撞，使得設備損壞。因此，要保證冷床連續(xù)正轉 8 周，完成一次最多 8 根鑄坯的輸送工作，冷床正轉動作時間的計算就要結合冷床電機轉速、減速機減速比、主令控制器減速比等技術參數進行。通過這樣的程序設計，主令接點的閉合動作可以立即停止冷床，在控制冷床停止時電機的慣性就不會將主令接點旋即打開，保證冷床可以正常運行，而不會出現無法停下來的情況。
4、結語
工業(yè)影響著我國的經濟建設水平，冶金企業(yè)在連鑄機電氣運用 PLC 控制系統(tǒng)，有利于實現其社會效益、經濟效益和生態(tài)效益的統(tǒng)一。因此，必須要認識到在冶金連鑄電氣中運用 PLC 控制系統(tǒng)的重要性，不斷優(yōu)化 PLC 系統(tǒng)設計，推動冶金連鑄電氣的自動化。
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