立式連鑄機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)研制優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、不銹鋼立式連鑄機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化摘 要 不銹鋼立式板坯連鑄機(jī)始建于上世紀(jì)80年代中期，是我國(guó)第一臺(tái)不銹鋼板坯連鑄機(jī)。后于1999年由西安重型機(jī)械研究所設(shè)計(jì)，進(jìn)行了設(shè)備改造更新，其中控制系統(tǒng)全部采用西門子S7-400系列可編程控制器，傳動(dòng)系統(tǒng)采用西門子6SE70系列變頻器。改造后的連鑄機(jī)提高了連鑄比和不銹鋼成材率。為進(jìn)一步提高不銹鋼質(zhì)量，擴(kuò)大生產(chǎn)能力，滿足下工序和市場(chǎng)不斷提高的要求，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，本文對(duì)立式連鑄機(jī)再次進(jìn)行改造。 本文主要通過建立新網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)與新增二級(jí)服務(wù)器、結(jié)晶器液壓振動(dòng)控制系統(tǒng)、噴號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)以及煉鋼計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸；改造操作站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流優(yōu)化；開發(fā)鑄坯數(shù)據(jù)的動(dòng)

2、態(tài)跟蹤；動(dòng)態(tài)二冷水優(yōu)化控制數(shù)據(jù)傳輸；建立質(zhì)量控制數(shù)據(jù)庫(kù)；液壓站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及斜出坯控制全面提升連鑄機(jī)的工作效率從而大大增加產(chǎn)量。關(guān)鍵詞 西門子S7-400系列可編程控制器，西門子6SE70系列變頻器；數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)跟蹤；液壓站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要Stainless steel vertical casting control system optimizationABSTRACTStainless steel vertical slab continuous casting machine was built in the mid 80s of last

3、 century, is China's first steel slab continuous casting machine. After 1999, designed by the Xi'an Heavy Machinery Research Institute, for renovation of the equipment, all of which control system Siemens S7-400 series programmable controllers, transmission with Siemens 6SE70 series inverter

4、. After transformation, the ratio of continuous casting machine to improve the continuous casting and stainless material yield. To further improve the steel quality, expand capacity to meet rising market under the procedures and requirements, increase market competitiveness, the paper vertical conti

5、nuous casting machine to transform again. In this paper, through the establishment of a new network communication system, to achieve the original system and the new secondary server, mold hydraulic vibration control system, control system and the spray No. steelmaking computer network information tr

6、ansmission; transformation operator station for data flow optimization; Development slab of the data dynamic tracking; dynamic secondary cooling water optimization control data transmission; the establishment of quality control database; Hydraulic control system design; Transmission Control System D

7、esign and skew the billet continuous casting machine control comprehensively enhance the working efficiency greatly increase productionKey words Siemens S7-400 series programmable controller, Siemens 6SE70 series inverter; data, dynamic tracking; Hydraulic control system design;1.引言- 1 -2.主要開發(fā)內(nèi)容- 2

8、-2.1建立新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng). - 3 -2.1.1網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡(jiǎn)介- 3 -2.1.2設(shè)計(jì)思想- 3 -2.1.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置- 4 -2.1.4 通訊程序的開發(fā)- 5 -2.2 操作站改造及數(shù)據(jù)流優(yōu)化. - 7 -2.2.1 系統(tǒng)操作站在優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)圖- 7 -2.3 鑄坯數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)跟蹤.- 10 -2.3.1 引錠數(shù)據(jù)跟蹤- 10 -2.3.2 拉坯數(shù)據(jù)跟蹤- 11 -2.3.3 切割后板坯數(shù)據(jù)跟蹤- 12 -2.4 動(dòng)態(tài)二冷水優(yōu)化控制數(shù)據(jù)傳輸. - 13 -2.4.2 系統(tǒng)配置- 14 -2.4.3 信息交換- 14 -2.4.4 L1、L2級(jí)系統(tǒng)切換- 14 -2.4.4 系統(tǒng)控制流程-

9、 15 -2.5 質(zhì)量控制系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)庫(kù)建立與傳輸. - 16 -2.5.1 質(zhì)量控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介- 16 -2.5.2 質(zhì)量控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立- 17 -2.5.3 數(shù)據(jù)傳輸流程- 17 -2.6 液壓站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì). - 17 -2.6.1 結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介- 17 -2.6.2 液壓站控制系統(tǒng)組成- 18 -2.6.3網(wǎng)絡(luò)組成- 18 -2.6.4 主要聯(lián)鎖關(guān)系- 18 -2.6.5 振動(dòng)控制系統(tǒng)- 18 -2.7 傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及斜出坯控制. - 19 -2.7.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 19 -2.7.2工作原理：- 20 -3. 系統(tǒng)特點(diǎn). - 21 -4. 經(jīng)濟(jì)效益分析. - 21 -參考

10、文獻(xiàn).- 22 -致 謝. - 22 - 1.引言不銹鋼立式板坯連鑄機(jī)主要由鋼包及鋼包車、中包及中包車、結(jié)晶器及振動(dòng)臺(tái)、二冷段及拉矯托輥、引錠裝置、一次火焰切割機(jī)、斜出坯系統(tǒng)、板坯傳輸輥道、二次火焰切割機(jī)、噴號(hào)機(jī)等組成。鋼包及鋼包車主要是將由AOD爐冶煉的鋼水通過天車運(yùn)送至連鑄澆鑄位，同時(shí)測(cè)量鋼水溫度、重量。中包及中包車實(shí)現(xiàn)由大包至結(jié)晶器鋼水的過渡，并對(duì)其流量進(jìn)行精確控制。結(jié)晶通過振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)及一次冷卻使鋼水形成板型外殼，經(jīng)引錠裝置、拉矯輥牽引并由二冷段噴淋水完成冶金冷卻形成凝固板型。一次火焰切割機(jī)將鑄坯按定尺要求切割為板坯塊，再由斜出坯小車及卷揚(yáng)裝置將切割后的板坯輸送至傳輸輥道，由傳輸輥道將

11、板坯輸送至二次火焰切割機(jī)，必要時(shí)進(jìn)行二次切割。最后經(jīng)噴號(hào)機(jī)噴號(hào)后由天車吊裝入庫(kù)，完成連鑄坯生產(chǎn)過程。圖1：不銹立式連鑄機(jī)生產(chǎn)工藝圖2.主要開發(fā)內(nèi)容 此次改造主要開發(fā)內(nèi)容包括：·建立新網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原系統(tǒng)與新增二級(jí)服務(wù)器、結(jié)晶器液壓振動(dòng) 控制系統(tǒng)、噴號(hào)機(jī)控制系統(tǒng)以及煉鋼計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸；·改造操作站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流優(yōu)化；·開發(fā)鑄坯數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)跟蹤；·動(dòng)態(tài)二冷水優(yōu)化控制數(shù)據(jù)傳輸；·建立質(zhì)量控制數(shù)據(jù)庫(kù)；·液壓站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； ·傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及斜出坯控制等。2.1建立新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2.1.1網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡(jiǎn)介連鑄機(jī)原工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)

12、絡(luò)拓?fù)錇榭偩€型結(jié)構(gòu)。各PLC與操作員站之間采用SIMATIC H1網(wǎng)，PLC與遠(yuǎn)程站之間采用SINEC L2 DP網(wǎng)。由于控制系統(tǒng)功能的增加，考慮到新舊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的兼容性，為此對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了重新的設(shè)計(jì)與開發(fā)。2.1.2設(shè)計(jì)思想這次設(shè)計(jì)主要本著以下幾個(gè)原則進(jìn)行：·在保留原基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上建立新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由于停產(chǎn)施工工期短、工作量大，只能在原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，致使通訊系統(tǒng)開發(fā)難度加大。設(shè)計(jì)新系統(tǒng)與原系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用增加和更換網(wǎng)絡(luò)部件、增加網(wǎng)橋等方法處理解決?？紤]到系統(tǒng)的傳送數(shù)據(jù)量、距離及抗干擾特性，在網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)設(shè)計(jì)中使用了光纜和雙絞線，并利用了部分原有的同軸粗纜、

13、ITP電纜等多種規(guī)格的通訊介質(zhì)。·采用符合國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的接口及通訊協(xié)議所采用的西門子工業(yè)以太網(wǎng)符合IEEE 802.3和IEEE 802.3U標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS-DP網(wǎng)符合IEC 61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議和DP協(xié)議，保證了與奧鋼聯(lián)提供的二級(jí)計(jì)算機(jī)、液壓振動(dòng)控制系統(tǒng)、噴號(hào)機(jī)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。·網(wǎng)絡(luò)部件使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)部件選用考慮到惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，交換機(jī)選用西門子的OSM，通訊電纜根據(jù)距離的不同分別選用了西門子專用的ITP電纜和光纜，為系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。2.1.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置如圖2所示。圖2：不銹立式連鑄機(jī)計(jì)算機(jī)自動(dòng)

14、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置圖·S7-400 PLC與操作員站之間的通訊PLC之間、PLC與操作員站之間采用SIMATIC H1網(wǎng)。PLC接口部件為CP 1430TF模板，兩臺(tái)操作員站接口部件為CP 1613網(wǎng)卡。采用FETCH/RECEIVE方式，連接部件采用總線收發(fā)器，通信介質(zhì)為同軸電纜。通訊協(xié)議為ISO協(xié)議。（這部分的網(wǎng)絡(luò)基本與原系統(tǒng)相同，只是將原操作員站CP1413網(wǎng)卡更換為CP1613網(wǎng)卡）·C2 PLC與遠(yuǎn)程站之間的通訊C2 PLC與遠(yuǎn)程站之間的通訊采用SINCE L2DP網(wǎng)。C2 PLC接口部件為IM308-C，傳動(dòng)設(shè)備接口部件為CBP2，遠(yuǎn)程站接口部件為IM318接口模

15、板。采用主從輪詢的通訊方式，連接部件采用總線連接器，通信介質(zhì)為西門子PROFIBUS電纜。通訊協(xié)議為DP協(xié)議。為與新型傳動(dòng)系統(tǒng)的通訊匹配，將原傳動(dòng)設(shè)備CBP卡升級(jí)為CBP2通訊卡，并對(duì)通訊數(shù)據(jù)流進(jìn)行了優(yōu)化分組，解決了原系統(tǒng)中通訊響應(yīng)堵塞造成數(shù)據(jù)滯后，致使控制設(shè)備失控的問題。·振動(dòng)液壓站、打號(hào)機(jī)、S7300 PLC與S7-400 PLC之間的通訊S7300 PLC與S7-400 PLC之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊。S7300 PLC接口部件為CP343-1模板，S7-400 PLC接口部件為CP443-5 TCP模板。采用SEND/RECEIVE方式，連接部件采用OSM，通信介質(zhì)分別為

16、西門子ITP電纜和光纜。通訊協(xié)議為TCP/IP協(xié)議。· L2服務(wù)器與C1 S7-400PLC之間的通訊L2服務(wù)器與C1 S7-400UPLC之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊。L2服務(wù)器接口部件為CP1613網(wǎng)卡，S7-400 PLC接口部件為CP443-5 TCP模板。采用FETCH/RECEIVE方式，連接部件采用OSM，通信介質(zhì)為西門子ITP電纜。通訊協(xié)議為TCP/IP協(xié)議。· 振動(dòng)液壓站S7300 PLC與振動(dòng)控制C7634 DP之間的通訊振動(dòng)液壓站S7300 PLC與C7634 DP之間的通訊采用PROFIBUS-DP網(wǎng)通訊。S7300 PLC接口部件為CPU315-2

17、DP，C7634-DP接口部件為自帶DP接口。采用主-從方式，連接部件采用總線連接器，通信介質(zhì)為西門子PROFIBUS電纜。通訊協(xié)議為DP協(xié)議。2.1.4 通訊程序的開發(fā)·S7-400 PLC與操作員站之間通訊程序的開發(fā)開發(fā)軟件：S7-400使用西門子的STEP 7、COM443，操作員站使用Intouch的 S7 IO Server。開發(fā)步驟：1）使用COM 443：對(duì)CP 443-5進(jìn)行機(jī)架號(hào)、MAC地址、通訊方式、TSAP名稱定義。2）使用STEP 7：在OB21（冷起動(dòng)）、OB22（熱起動(dòng)）中對(duì)同步模塊（FB249）調(diào)用，在程序中調(diào)用發(fā)送（FB244）、接收（FB245）模塊

18、，并對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。3）使用S7TI500：進(jìn)行相應(yīng)MAC地址、TSAP名稱的定義。· C2 PLC與遠(yuǎn)程站之間通訊程序的開發(fā)開發(fā)軟件：西門子STEP 7、COM PROFIBUS。開發(fā)步驟：1）使用COM PROFIBUS：對(duì)DP站進(jìn)行組態(tài)、讀寫區(qū)域進(jìn)行定義。2）使用STEP 7：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。·振動(dòng)液壓站、打號(hào)機(jī)、S7 300PLC與C1 S7-400UPLC之間的通訊程序的開發(fā)開發(fā)軟件：西門子STEP 7、STEP 7、COM 1430。開發(fā)步驟1）使用COM 443：對(duì)CP 443-5 進(jìn)行機(jī)架號(hào)、TCP/IP地址、通訊方式、TSAP名稱定義。2）使用STEP

19、 7：在OB21（冷起動(dòng)）、OB22（熱起動(dòng)）中對(duì)同步功能塊（FB249）調(diào)用，在程序中調(diào)用發(fā)送（FB244）、接收（FB245）功能塊，并對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。3）使用STEP 7：進(jìn)行相應(yīng)TCP/IP地址、TSAP名稱的定義。程序中調(diào)用FC5（SEND）、FC6（RECEIVE）功能塊進(jìn)行調(diào)用，并對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。· L2服務(wù)器與C1 S7-400PLC之間的通訊程序的開發(fā)開發(fā)軟件：西門子STEP 7、COM443、SIMATIC NET。開發(fā)步驟：1）使用COM443：對(duì)CP 443-5進(jìn)行機(jī)架號(hào)、TCP/IP地址、通訊方式、TSAP名稱定義。2）使用STEP 7：在OB21（

20、冷起動(dòng)）、OB22（熱起動(dòng)）中對(duì)同步功能塊（FB249）調(diào)用，在程序中調(diào)用發(fā)送（FB244）、接收（FB245）功能塊，并對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。3）使用SIMATIC NET：對(duì)PC station進(jìn)行組態(tài)，配置OPC Server、CP1613卡，進(jìn)行相應(yīng)TCP/IP地址、TSAP名稱的定義。通過OPC Scount進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。·振動(dòng)液壓站S7300 PLC與振動(dòng)控制C7634 DP之間的通訊程序的開發(fā)開發(fā)軟件：西門子STEP 7。開發(fā)步驟：使用STEP 7：對(duì)DP主站、從站進(jìn)行組態(tài)，對(duì)讀寫區(qū)域進(jìn)行配置。在程序中調(diào)用發(fā)送（SFC14）、接收（SFC15）功能塊，并對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置

21、。2.2 操作站改造及數(shù)據(jù)流優(yōu)化原系統(tǒng)有兩臺(tái)操作站，一臺(tái)作為電控操作站，一臺(tái)作為儀控操作站。由于其數(shù)據(jù)計(jì)算大量使用內(nèi)存變量，導(dǎo)致兩臺(tái)操作站不能互為備用。為此，將兩臺(tái)操作站的程序進(jìn)行了重新編制。將公用計(jì)算機(jī)的變量改為DDE變量，使得兩臺(tái)操作站具有一致性能，可互為備用。即使其中一臺(tái)出現(xiàn)了故障，另外一臺(tái)也能完成所需操作顯示的全部功能。2.2.1 系統(tǒng)操作站在優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)圖圖3：原系統(tǒng)操作站數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)圖4：優(yōu)化后的操作站數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)操作站數(shù)據(jù)優(yōu)化后，數(shù)據(jù)響應(yīng)即時(shí)，傳輸準(zhǔn)確。兩臺(tái)操作站互為備用，為正常生產(chǎn)提供了有力的保障。 此次改造對(duì)操作站生產(chǎn)過程畫面進(jìn)行了補(bǔ)充完善，并新增了液壓站控制系統(tǒng)畫面、二

22、冷水動(dòng)態(tài)模型控制畫面等。重新設(shè)計(jì)后的畫面信息更加豐富，畫面生動(dòng)直觀、操作簡(jiǎn)潔方便。 圖5：生產(chǎn)過程流程畫面圖6：儀表系統(tǒng)流程操作畫面圖7：動(dòng)態(tài)水模型操作畫面圖8：振動(dòng)液壓系統(tǒng)操作畫面2.3 鑄坯數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)跟蹤鑄坯數(shù)據(jù)跟蹤是激活控制程序運(yùn)行的關(guān)鍵，根據(jù)鑄坯在連鑄機(jī)的位置，基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)啟動(dòng)相應(yīng)的功能，即：執(zhí)行下一步動(dòng)作、設(shè)定輸出值等。根據(jù)預(yù)先精確安裝在連鑄機(jī)設(shè)備上的編碼器、極限裝置的輸出信號(hào)，跟蹤功能可監(jiān)視并計(jì)算出鑄坯在鑄機(jī)的位置和鑄坯的頭、尾位置。當(dāng)鑄坯運(yùn)行到某特定區(qū)域后，順控功能啟動(dòng)相應(yīng)的操作。此次改造對(duì)鑄坯數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)跟蹤進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)開發(fā)，包括引錠數(shù)據(jù)跟蹤，拉坯數(shù)據(jù)跟蹤及切割后板坯數(shù)據(jù)跟蹤等。

23、2.3.1 引錠數(shù)據(jù)跟蹤引錠數(shù)據(jù)跟蹤是指引錠桿在存放位開始，執(zhí)行送引錠操作命令后自動(dòng)送至結(jié)晶器下方，再通過點(diǎn)動(dòng)操作進(jìn)入結(jié)晶器中；拉坯開始后，經(jīng)拉矯輥冷熱坯壓力轉(zhuǎn)換，自動(dòng)脫錠后返回引錠存放位的全部數(shù)據(jù)計(jì)算處理。它是二冷水跟蹤及板坯長(zhǎng)度跟蹤的基礎(chǔ)。下式給出了引錠頭部位置的計(jì)算公式：式中：P引錠頭部位置；P0送引錠時(shí)頭部起始位置；R拉矯托輥半徑；K拉矯托輥減速比；N拉矯編碼器脈沖數(shù)/周；n拉矯編碼器計(jì)數(shù)值。對(duì)于位置偏差(P)，很容易通過調(diào)整P0消除，但會(huì)造成板坯長(zhǎng)度跟蹤不準(zhǔn)。為此，必須對(duì)機(jī)械參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量，同時(shí)排除引錠桿打滑，拉矯輥不同部造成的影響。2.3.2 拉坯數(shù)據(jù)跟蹤拉坯數(shù)據(jù)跟蹤包括二冷水動(dòng)

24、態(tài)跟蹤、板坯頭部跟蹤、坯尾跟蹤。由于動(dòng)態(tài)二冷水模型建立于板坯液心凝固點(diǎn)的位置控制，并且一次火焰切割機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)也依賴于板坯頭部位置，因此，準(zhǔn)確提供拉坯跟蹤數(shù)據(jù)對(duì)于提高板坯質(zhì)量及降低損耗有著重要的意義。下式給出了拉坯長(zhǎng)度的計(jì)算公式：式中：L拉坯長(zhǎng)度；D結(jié)晶器中液位高度；R拉矯托輥半徑；K3939#托輥減速比；K4040#托輥減速比；N拉矯編碼器脈沖數(shù)/周；n3939#托輥編碼器計(jì)數(shù)值；n4040#托輥編碼器計(jì)數(shù)值；當(dāng)系統(tǒng)工作在拉坯模式時(shí)，39#托輥編碼器計(jì)數(shù)使能，當(dāng)系統(tǒng)工作模式轉(zhuǎn)換為尾坯模式時(shí)，40#托輥編碼器計(jì)數(shù)使能。2.3.3 切割后板坯數(shù)據(jù)跟蹤切割后板坯數(shù)據(jù)跟蹤主要以板坯ID跟蹤為主，并將板

25、坯的位置長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)傳送至二級(jí)計(jì)算機(jī)及噴號(hào)機(jī)。下圖給出了切割后板坯數(shù)據(jù)跟蹤的流程圖圖9：切割后板坯數(shù)據(jù)跟蹤流程圖2.4 動(dòng)態(tài)二冷水優(yōu)化控制數(shù)據(jù)傳輸 立式連鑄機(jī)在改造前，只有基礎(chǔ)自動(dòng)化（L1）功能，按照固定的水表完成噴淋冷卻水系統(tǒng)的控制功能，實(shí)現(xiàn)二冷段不同區(qū)域水量的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。由于受輸入固定水表的限制，鑄坯表面及內(nèi)部存在著一定的質(zhì)量缺陷。在此次改造引進(jìn)奧鋼聯(lián) “DYNACS”（動(dòng)態(tài)配水模型）技術(shù)，以改善鑄坯表面及內(nèi)部質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)兩級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)采用以下方式。2.4.2 系統(tǒng)配置L1自動(dòng)化系統(tǒng)與L2計(jì)算機(jī)之間通過OSM模塊進(jìn)行連接，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊。在L2計(jì)算機(jī)服務(wù)器上裝載

26、 Oracle作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用VB軟件開發(fā)了人機(jī)界面。通過OPC方式進(jìn)行對(duì)L1數(shù)據(jù)的讀寫。2.4.3 信息交換系統(tǒng)根據(jù)OPC標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行數(shù)據(jù)通訊，L1作為發(fā)送器主導(dǎo)裝置時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)流從L1L2，將生產(chǎn)過程的實(shí)際檢測(cè)值傳至L2計(jì)算機(jī)；L2作為發(fā)送器主導(dǎo)裝置時(shí)，數(shù)據(jù)流從L2L1，將計(jì)算后的設(shè)定值下達(dá)至一級(jí)控制系統(tǒng)。在L1、L2之間通訊的數(shù)據(jù)，依照事件觸發(fā)方式進(jìn)行循環(huán)通訊，即當(dāng)數(shù)據(jù)改變時(shí)，觸發(fā)數(shù)據(jù)交換。在L1計(jì)算機(jī)和L2系統(tǒng)之間主要使用以下數(shù)據(jù)類型交換信息：類 型說 明Short 有符號(hào)整型（16位）Long 有符號(hào)整型（32位）Float 浮點(diǎn)數(shù) （32位）StringASCII字符串（lengt

27、h=x）Status有符號(hào)整型（16位）值：0或1Counter有符號(hào)整型（16位）值：09999初始值：0Watchdog有符號(hào)整型（16位）值09999初始值：0；故障值：-1表1：數(shù)據(jù)類型交換信息表2.4.4 L1、L2級(jí)系統(tǒng)切換·Watchdog的使用Watchdog作為“看門狗”來使用，實(shí)時(shí)檢查L(zhǎng)1控制系統(tǒng)與L2計(jì)算機(jī)之間的通訊狀態(tài)。在兩端計(jì)算機(jī)程序中，將其作為一個(gè)計(jì)數(shù)期使用，循環(huán)增加。接收端計(jì)算機(jī)判斷這一數(shù)據(jù)的變化情況，通訊正常時(shí)，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)（5秒）所讀數(shù)據(jù)不相等，如果相等則說明通訊故障，需切換到一級(jí)控制。此外，Watchdog可以儲(chǔ)存值-1，表示“看門狗”無效。

28、·系統(tǒng)切換過程1）Watchdog的有效使用，確保了L1、L2系統(tǒng)之間的正常切換。在拉坯生產(chǎn)過程中，L1、L2通訊正常時(shí)（Watchdog不提示故障），可由人工從一級(jí)切換到二級(jí)控制模式，由二級(jí)動(dòng)態(tài)水表下達(dá)二冷段水量設(shè)定值控制。假如二級(jí)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤或與一級(jí)計(jì)算機(jī)的通訊發(fā)生故障，且在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（10秒中）通訊無法恢復(fù)正常，Watchdog將提示故障報(bào)警，系統(tǒng)將從二級(jí)系統(tǒng)自動(dòng)切換到一級(jí)控制模式，由一級(jí)水表完成水量控制。在二級(jí)計(jì)算機(jī)處于故障狀態(tài)時(shí)，為了防止誤操作，切換操作按鈕將被禁止操作。2）在L2系統(tǒng)中Watchdog除檢測(cè)通訊狀態(tài)外，二級(jí)系統(tǒng)通過對(duì)L2冷卻水設(shè)定值的有效性，以及一級(jí)公用

29、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)判斷，如果其中一項(xiàng)不正常時(shí)，Watchdog亦將提示故障，并自動(dòng)切換至一級(jí)控制。3）為了保證L2系統(tǒng)計(jì)算值的正確性，在一級(jí)系統(tǒng)中，對(duì)所采集的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)需進(jìn)行過濾處理。尤其是鋼水在線測(cè)溫、鋼包重量等數(shù)據(jù)，由于傳感器或檢測(cè)手段變化的原故，所測(cè)數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映生產(chǎn)過程狀態(tài)，一級(jí)系統(tǒng)將過濾掉無效測(cè)量值，向二級(jí)傳輸有效測(cè)量值。例如：當(dāng)鋼水測(cè)量溫度 1200時(shí)，溫度通訊數(shù)據(jù)不進(jìn)行更新，而將上一時(shí)刻數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉?jí)系統(tǒng)。2.4.4 系統(tǒng)控制流程圖10：動(dòng)態(tài)二冷水系統(tǒng)控制流程圖動(dòng)態(tài)二冷水系統(tǒng)投入后，運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)鑄坯的冷卻達(dá)到了預(yù)期效果，為連鑄機(jī)的正常生產(chǎn)提供了保證。2.5 質(zhì)量控制系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)庫(kù)建

30、立與傳輸2.5.1 質(zhì)量控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介質(zhì)量控制系統(tǒng)，功能主要是通過跟蹤生產(chǎn)中過程數(shù)據(jù)的變化，對(duì)板坯的質(zhì)量做出判斷。對(duì)生產(chǎn)的組織、過程的控制、設(shè)備的維護(hù)，都有著指導(dǎo)性的作用。我們主要是對(duì)質(zhì)量控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行建立與傳輸。2.5.2 質(zhì)量控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立·在C1 PLC建立質(zhì)量控制系統(tǒng)專用源數(shù)據(jù)塊。·對(duì)質(zhì)量控制所需數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)集中到C1 PLC打包。·數(shù)據(jù)根據(jù)外方要求進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。·建立與質(zhì)量控制服務(wù)器的通訊。2.5.3 數(shù)據(jù)傳輸流程圖11：數(shù)據(jù)傳輸流程圖質(zhì)量控制系統(tǒng)投入后，數(shù)據(jù)的傳輸可靠、穩(wěn)定，質(zhì)量控制系統(tǒng)起到了應(yīng)有的作用。2.6 液壓站控制系統(tǒng)

31、設(shè)計(jì)2.6.1 結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介立式連鑄機(jī)原結(jié)晶器振動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)械振動(dòng)，這次改造為液壓振動(dòng)。結(jié)晶器液壓振動(dòng)控制系統(tǒng)主要分兩部分：液壓站控制系統(tǒng)和振動(dòng)控制系統(tǒng)。振動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，液壓站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與PLC程序的編制。2.6.2 液壓站控制系統(tǒng)組成液壓站控制系統(tǒng)硬件采用Siemens S7-300，包括315-2DP CPU、CP343-1通訊模板、數(shù)字量輸入/輸出模板、模擬量輸入模板等。操作員站使用INTOUCH 8.0,該操作集成于連鑄機(jī)控制操作系統(tǒng)振動(dòng)控制系統(tǒng)硬件采用SiemensC7634-DP：包括C7634-DP一套，IM361接口模板、模擬量輸入模板、模擬量輸出模板等。2.6.3網(wǎng)絡(luò)

32、組成液壓站控制系統(tǒng)與振動(dòng)控制系統(tǒng)采用Profibus-DP主從方式連接、液壓控制系統(tǒng)與C1控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)連接，協(xié)議為TCP/IP，方式為Send/Receive。振動(dòng)控制系統(tǒng)與擴(kuò)展組件的連接采用IM361模板。2.6.4 主要聯(lián)鎖關(guān)系·系統(tǒng)壓力：范圍設(shè)定為025MPa，正常工作范圍為20MPa以上，低于18.5MPa開始起動(dòng)備用泵，低于17.5Mpa系統(tǒng)報(bào)警。·循環(huán)壓力：范圍設(shè)定為016MPa，正常工作范圍為2Mpa以上，低于2Mpa停主泵、起備用泵，并且報(bào)警。·油箱溫度：范圍設(shè)定為0100，高于50報(bào)警，停止全部相關(guān)設(shè)備；低于17報(bào)警；低于20開加熱器，

33、高于30停止加熱器；高于40開冷卻閥，低于30停冷卻閥。·油箱液位：范圍設(shè)定為01500L，高于該油箱最大容積的98%報(bào)警，低于該油箱最大容積的84%報(bào)警，停止全部相關(guān)設(shè)備。·切斷閥：每一個(gè)泵相關(guān)切斷閥信號(hào)的丟失都會(huì)導(dǎo)致該泵運(yùn)行停止。2.6.5 振動(dòng)控制系統(tǒng)振動(dòng)頻率和振幅的計(jì)算公式：S=C1+C2*Vcf=C3+C4*VC+C5*Vc/2S式中：C1在澆鑄速度為零時(shí)的振幅 (mm)C2 振幅/澆鑄速度因素(mm/(m/min.)C3 在澆鑄速度為零時(shí)的頻率（cpmin）C4 頻率/澆鑄速度因素（cpmin/(m/min)）C5 負(fù)觸發(fā)因素C6 非正弦因素S 振幅f 頻率Vc

34、 拉速2.7 傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及斜出坯控制 作為斜出坯控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，此次傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和改造。2.7.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)采用西門子6SE70系列變頻器，根據(jù)工藝需要，選用直流母線結(jié)構(gòu)，通過Profibus-DP網(wǎng)與PLC相連，由PLC控制，如圖12所示。托輥系統(tǒng)包括：托輥整流/回饋單元三臺(tái)， 38#、39#、40#托輥逆變器，每個(gè)逆變器各帶兩臺(tái)電機(jī)，除38#北電機(jī)外，其余電機(jī)都帶有編碼器，形成速度閉環(huán)和坯長(zhǎng)的測(cè)量；卷揚(yáng)系統(tǒng)包括整流/回饋單元一臺(tái)，逆變器一臺(tái)，以及供電部分和電機(jī)。卷揚(yáng)整流回饋C+D+托輥整流回饋C+D+直流母線直流母線DP網(wǎng)線卷揚(yáng)逆變器40#逆變器39#逆變器3

35、8#逆變器MMMMMMM圖12： 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.7.2工作原理：·直流母線傳動(dòng)系統(tǒng)中，托輥系統(tǒng)分為38#、39#、40#三套系統(tǒng)，每套各帶兩臺(tái)電機(jī)；卷揚(yáng)系統(tǒng)要求很高的啟、制動(dòng)力矩和平穩(wěn)的運(yùn)行特性，根據(jù)這種要求，選用直流母線的連接結(jié)構(gòu)。直流母線由整流/回饋單元供電。整流/回饋單元由兩個(gè)反并聯(lián)、6脈動(dòng)晶閘管橋組成，而且能在兩個(gè)方向上有電能流動(dòng)，即可以使來自電網(wǎng)的能量提供給逆變器，也可以在制動(dòng)時(shí)把多余的能量通過直流母線回饋回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)為多電機(jī)傳動(dòng)時(shí)，采用直流母線形式，即將逆變器接到直流母線上時(shí)，如果有一個(gè)傳動(dòng)裝置工作于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，可通過中間回路進(jìn)行能量交換。

36、3;控制方式托輥傳動(dòng)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)拉坯速度控制和傳送引錠鏈速度控制，同時(shí)利用轉(zhuǎn)速反饋形成對(duì)鋼坯的定尺測(cè)量，利用其速度變化率DV/DT完成對(duì)卷揚(yáng)系統(tǒng)速度控制與轉(zhuǎn)矩控制的轉(zhuǎn)換。用39#托輥?zhàn)鳛樗俣鹊闹骺刂疲谄渲性O(shè)置3級(jí)固定給定，12%、30%、80%作為主給定，分別對(duì)應(yīng)三級(jí)速度，實(shí)現(xiàn)拉坯和引錠鏈傳送的速度控制；設(shè)置點(diǎn)動(dòng)電位計(jì)作為附加給定，實(shí)現(xiàn)速度的微調(diào)控制；設(shè)置正反向點(diǎn)動(dòng)速度來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)操作。38#、40#托輥以39#托輥的轉(zhuǎn)速反饋經(jīng)PLC處理后作為速度主給定，達(dá)到整個(gè)托輥系統(tǒng)的速度同步。卷揚(yáng)系統(tǒng)主要是控制接坯小車的速度和位置。對(duì)接坯小車的控制方式有兩種，一種是速度方式控制，一種是力矩方式控制。接坯小車到達(dá)直軌上限位后，就切換為力矩方式控制，等待接坯，直至火焰切割機(jī)把鋼坯切斷，整個(gè)過程都為力矩方式控制。鋼坯一旦被切斷，馬上就切換為速度方式控制，這個(gè)切換一定要準(zhǔn)確、及時(shí)，否則會(huì)把小車和鋼坯摔壞。小車在把鋼坯送到出坯輥道，并返回直軌上限的過程為速度方式控制