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基于A-B自动控制技术的连铸机自控系统
2013-06-21       suixiang    浏览:785    0  

一、概述

莱钢炼钢厂4a#连铸机为一台三机三流的矩形坯连铸机,年生产能力为80万吨,与中型轧机构成一条热装热送短流程生产线。本文将对其基础级自控系统进行详细介绍。

二、生产工艺简介

钢水包由转炉车间运至连铸车间后,由车间行车将钢水包置于大包回转台钢包臂上,旋转至浇注位后,钢水 由钢包流入中间罐车,达到开浇液面后,浇铸开始。钢水经中间罐车注入结晶器,经过初次冷却控制以及振动控制调节后,进入二冷区。自控系统自动跟踪铸坯的位 置及长度,铸坯到达冷却段时,由二次冷却系统对铸坯进行水/气的混合冷却。系统跟踪钢坯头到达矫直区时,拉矫机依次进行换压操作;跟踪到脱引锭位时,自动 进行脱引锭操作。钢坯达到定尺长度后,由火焰切割机实施切割,切割后由输出辊道运出,再由横向移钢机运至热送辊道,最后由热送辊道运到中型加热炉进行轧制。

三、系统构成及配置

系统采用了美国罗克韦尔自动化公司的PLC5作为主控制器,SLC500 用于火焰切割自动控制,选用罗克韦尔自动化公司1336系列的变频器用于交流调速控制,远程I/O模板用于切割区以及出坯区现场信号的控制,以工业以太网以及DH+网作为控制网络。在该系统中,共采用了4A-B PLC-5/40E分别用于铸机的公用系统以及铸流系统的自动控制。根据系统的控制规模,并保留有25%左右的控制点余量,PLC系统的硬件

公用系统

主机架通过CPU上的通道1B(组态为Remote I/O Scanner方式)外带了5只扩展机架、6Remote I/O模板以及41336 PLUS变频器。

具体配置为

电源模板(1771-P716A)6块、CPU(1785-L40E)1块、AI模板(1771- IFE)3块、AO模板(1771-OFE)3块、RTD模板(1771-IR)1块、高速计数模板(1771-VHSC)1块、24VDC DI模板(1771-IBD)25块、24VDC DO模板(1771-OBD)14块、220VAC DI模板(1771-IMD)23块、220VAC DO模板(1771-OMD)16块、远程I/O适配器(1771-ASB)5块、远程I/O模板(32/32出:1791-IOBW)4块、远程I /O模板(16/16出:1791-16BC)1块、远程I/O模板(24/8出:1791-24B8)1块、25匹马力1336 PLUS变频器(CAT 1336S-B025-AA-EN4-CTM1-HA2)2台、20匹马力1336 PLUS变频器(CAT 1336S-B020-AA-EN4-CTM1-HA2)2台。

铸流系统

用于铸流控制的三套PLC系统的配置完全相同,均是:主机架通过CPU上的通道1B(组态为Remote I/O Scanner方式)外带了2只扩展机架、3Remote I/O模板以及71336 FORCE变频器;另外,采用了3A-B公司的小型产品SLC 500 分别用于每流的火焰切割机的自动控制。SLC 500 PLC通过CPU上的DH+通讯口与PLC-5/40ECPU上的通道1A通讯口(配置为DH+)连接构成了DH+网以实现数据交换。

PLC5具体配置为

电源模板(1771-P716A)3块、CPU(1785-L40E)1块、AI模板(1771- IFE)4块、AO模板(1771-OFE)8块、RTD模板(1771-IR)2块、高速计数模板(1771-VHSC)1块、24VDC DI模板(1771-IBD)5块、24VDC DO模板(1771-OBD)4块、220VAC DI模板(1771-IMD)7块、220VAC DO模板(1771-OMD)5块、远程I/O适配器(1771-ASB)3块、远程I/O模板(1791-IOBW)3块、25匹马力1336 FORCE变频器(CAT 1336T-B025-AA-GTIEN)4台、40匹马力1336 FORCE变频器(CAT 1336T-B040-AA-GTIEN)3台。

SLC500具体配置为

电源模板(1746-P2)1块、CPU(1747-L542)1块、 DI模板(1746-ITB16)1块、DI模板(1746-IB16)4块、 DO模板(1746-OW16)2块、DO模板(1746-OB16)2块。

4PLC5 通过各自CPU上的以太网口(通道2)挂在以太网上,并通过MSG指令相互传递数据;251336变频器作为远程站采用Remote I/O Scanner方式与PLC进行数据通讯:其启动、停止、速度给定等指令均由PLC下达给变频器,同时变频器的各种状态数据以同样形式反馈给PLC。另 外,4台高性能PⅢ工控机作为系统的上位机,通过以太网与PLC进行数据传送,完成铸机生产的监控,其中3台为操作员站,互为备用,用于生产的实时监 控;1台为工程师站,可以完成对软件系统的查阅、修改等工作(系统配置图如图1所示)


四、软件设计、系统控制功能及实现

4.1 PLC程序的设计

控制程序使用罗克韦尔自动化公司专用编程软件Rslogix5,并全部采用简单易懂的梯形图方式编制而成,分为公用控制程序及铸流控制程序共4套。

每套控制程序均采用了流行的模块化/结构化编程方法:根据控制对象、控制目的的不同把控制程序分为若 干控制部分,由主程序在每次扫描周期中依次调用来实现各自的控制功能;在每一个梯形图文件中,把控制功能相同的程序放在同一控制段中,并加以注释。这种结 构化编程方法使得程序的查阅、功能的扩充及修改变得更加容易,大大增强了程序的灵活性、可读性、实用性和维护性。

4.2 监控系统的设计

上位监控系统采用Rsview32制作,Rslinx负责完成与PLC的数据通讯。根据生产工艺、控制功能的要求,共制作了9大部分、共计40余幅监控画面。

4.3主要的控制功能及关键技术的实现

主要控制功能:该自动控制系统主要用于连铸机生产的基础级自动化控制,通过采用A-B自动化控制技术可完成基础生产工艺过程的全自动化控制,实现连铸生产现场设备的自动联锁,介质温度、压力、流量的检测调节,数据的通讯处理、故障报警以及生产状况的在线监控等功能。

主要控制功能有:中间罐车行走、升降功能;结晶器冷却水、二冷水、公用介质的流量及压力检测调节功 能;推钢机控制功能:横移机控制功能;大包、中间包的钢水测温及称重功能;大包旋转及升降控制;液压站控制;结晶器振动控制;拉矫机/拉矫辊控制;输出辊 道控制;结晶器冷却水控制;二冷水控制;自动跟踪控制;火焰切割控制以及生产的在线监控等。关键技术的实现:

1.变频调速控制技术:中间罐车、拉矫机、结晶器、输出辊道、横移机等设备均采用了变频调速控制技术。PLC通过Remote I/O Scanner通讯方式将控制命令传达给变频器,同时接收变频器的状态实时反馈信息;控制程序则通过采用MOV指令将启/停、正/反转、速度给定值等命令 信息以输出字的数据格式传送给变频器,从而实现变频调速的自动控制。

2.二冷区的全自动配水控制算法:理论上理想的二冷配水控制曲线是一条二次曲线:F=aV2+bV+c,但是实现起来非常困难。为此, 我们采用直线仿真曲线技术:采用三条斜率不同的直线来模拟二次曲线,根据当前的拉速及三条直线所对应的ab值分别计算出三个配水量F1F2F3,然 后取其最大值作为当前的实际给定值:Fsp = Max{F1F2F3}(如图2所示)。此外,软件上通过PID指令完成七段回路仪表调节控制(控制框图见图3)


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3.铸流自动跟踪技术:PLC根据A-B增量型编码器(安装于3#拉矫机上,1024脉冲/)发送至高速计数模板的脉冲数,自动计算并完成送引锭模式、浇注模式下的拉矫机/拉矫辊、二冷区配水、电机测速以及铸坯测长等全自动控制。

4.火焰切割自控系统:<该系统单独采用3SLC500 PLC,并建立了DH+通讯手段与PLC5进行数据通讯。根据PLC5发送过来的铸坯测长实时数据,实现对钢坯切割的自动化控制,并具有2种定尺(本机、 上位)3种操作方式(手动、半自动、全自动)的控制功能。同时PLC5根据SLC500的反馈信息控制输出辊道的动作将切割完毕的铸坯运出。控制程序则 使用MSG指令来实现通讯数据信息的相互传递。

5.铸机生产的自动在线监控技术:采用Rsview32监控技术、Rslinx通讯技术开发了铸机生产的在线监控系统。该监控系统分为总貌、风机液压站、条件及状态、公用检测、一冷、二冷、设备冷却水、液面控制和其它9大部分,具有如下主要功能:

生产数据、设备状态的在线显示监控;

生产数据的上位设定及生产模式的控制选择;

设备控制方式的选择以及设备的远程控制、介质的远程调节;

趋势记录、故障报警、报表打印以及系统故障自诊断。

五、结束语

该自控系统综合集成了美国罗克韦尔自动化公司的PLC控制技术、画面监控技术、网络通讯技术以及变频 调速技术,实现了连铸机基础生产工艺过程的自动化控制,可完成连铸生产现场设备的自动联锁控制,介质参数的检测调节,数据的通讯处理、故障报警诊断以及生 产状况的在线监控等功能。经过三年多的运行验证,该系统控制功能先进、安全稳定可靠,有效地提高了劳动生产率,改善了工作人员的工作环境,减轻了工作人员 的劳动强度,为生产的顺行提供了可靠的保障,并取得了十分显著的经济效益。

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