引言

钢铁产业是国家的基础工业,为国家经济发展做出了巨大贡献。近年来,随着市场竞争日益激烈,促使钢铁企业必须加强技术改革,提高钢铁质量和产能。将电气自动化控制技术应用于连铸机的设备管理和生产控制,可实现连铸钢生产流程的自动化控制,提高铸坯生产的效率和成材率。

1连铸机结构及连铸工艺流程

连铸机是炼钢过程中的重要机械设备,其主要由运载装置、结晶振动装置、结晶器和切割设备等组成,如图1所示。

在钢液浇筑时,运输装置首先将钢包传输到连铸机上端,钢液经钢包底部的通孔流入中间包,再打开中间包的塞棒,钢液流入结晶器（结晶器是无底的壳体形态,在钢液注入前,提前安装了"活底",这个"活底"叫引锭杆,对铸坯进行拉引）,流入完毕后引锭杆会自动堵塞水口。结晶器内的钢液冷凝形成坯壳,达到厚度要求后,开启拉坯机和结晶振动装置,铸坯继续移动到连铸机的弧形段进行二次冷却,铸坯在二次冷却区域受喷水或喷雾的作用,冷却至凝固状态,引锭杆将铸坯送出扇形段进行矫直,再由切割设备按尺寸切割铸坯,最后运输装置将铸坯运出,整个过程连续进行,铸坯不断被拉出、冷凝、切割和运出。

2连铸机的电气自动化控制系统

连铸机的电气自动化控制系统由电气器件、传动交流装置、智能元件等组成,通过PLC控制系统,传输数据、接收参数和测量工作相关数据。根据连铸机工艺流程的区域功能和控制系统软硬件的特点,可以将连铸机的板坯控制系统分为如下几个区域:

2.1平台控制区域

平台控制区域主要为浇筑台上的设备,包括钢包回转台、中间包、结晶排烟风机等,其功能是实现对连铸工艺的控制,从而完成运送钢水、移动中间包等生产任务。

2.2铸流控制区域

铸流控制区域主要是指结晶器部分,由结晶振动装置、压力系统、扇形段压下液压装置和跟踪系统等部分构成。在实际浇筑过程中,需要通过电气自动控制系统对浇筑过程进行反馈,其功能是实现对结晶器的液面控制、调宽、稳定性检测等操作,充分保证铸坯生产的质量和效率。

2.3液压和润滑区域

连铸机的液压系统包括液压主系统、结晶液压系统、出坯液压系统和维修液压站,在连铸机的液压系统上装配有压力传感器,通过管线将工作中钢液的压力情况反馈给控制系统,工作人员可通过反馈的数据,调整指令,实现液压区域的控制。液压控制区的功能是保证整个工艺流程液压功能的稳定。润滑系统的主要作用是分配润滑脂,其电气自动控制的目的在于保证生产工艺中供脂的稳定,避免改变银道时铸坯表面出现划痕。

2.4控制后台区域

该区域是对出坯设备和后部银道的控制,包括脱引锭设备、切割设备、对中装置升降挡板等。后台控制区域对参数要求比较高,在控制设备上需要较多的电气仪表设备,主要功能是通过控制切割车走位、切割枪电机的操作,提高切割的操作精度。

3连铸机的电气自动化控制系统优化方案

3.1系统总体结构

在连铸机自动化控制系统中,需要设置多种电气控制元件、智能化设备和传动交流装置,以保证PLC控制系统和机械设备间的信息交换,实现控制参数的接收以及提供准确的测量参数。

为了实现系统设计,本文结合实际钢铁工业需求,将连铸机的自动化控制系统设置为集中操作和显示、分散控制的集散控制系统,在主控制室装有数台计算机用于连铸全程的控制和监控,再按加工工艺的功能要求,设置平台控制系统、铸流控制系统、后台控制系统、液压润滑系统等子系统,对各自区域工艺流程进行控制和管理,如图2所示。

3.2集散控制系统

在集散控制系统中,主控系统对系统进行综合管理,以此完善控制系统和机械设备的通信,而子系统实现分散控制,对工艺质量和操作精确性进行控制,并将工作信息反馈给PLC控制系统,保证子系统的各控制站、测量设备和调节设备间的可靠联系。

主控室、控制子系统、机械设备需配备足够数量的控制器,保证应用信号传递模块实现联锁、响应和发令,另外还可以借助上位机为系统数据提供良好的通信环境,现场可以设立相应的控制柜和远程1/o柜。主控室的集中操作需要加强对铸流控制区和控制后台区域的监控,主控室的多台计算机能及时处理反馈信息,从而保证工艺参数准确,设备故障及时报警。进一步完善通信网络,用现场总线连接分散的系统,用高速以太网实现集中控制,在子系统分散的情况下,应用交换机技术保证操作室、电气室和不同机房之间的可靠连接。

3.3基于PLC系统的配置

选择连铸机的PLC系统型号时,应选择中型以上的控制设备,以保证数据处理的及时性,PLC控制系统中应包含控制器、外围设备、离散量模块和多个输入输出模块等,同时还应设置多个以太网通信处理器,保证系统处理器即插即用的功能。

3.4系统组态分析

分析机架组态时,PLC系统应配置为主机架和扩展机架的组态。主机架组态成型后需要根据实际分布,用人工进一步完善。扩展机架组态应包含网络、远程1/o柜和相应设备的组态。设置设备模块参数时,需要正确定义模块名称,并分配好机架槽号。

3.5系统程序设计

设计系统程序时,应充分考虑电气自动化控制系统的实际应用要求,设计合理的连铸机操作控制功能、工艺流程、故障报警等。设计生产管理程序时,程序应覆盖整个生产流程,重点考虑计划安排、数据采集、数据处理、数据存储等部分。

4结语

连铸是钢铁生产中重要的工艺流程,其自动化程度关系到节能降耗水平和生产线的先进程度。随着电气自动化控制技术的进步,连铸机被广泛应用于控制各种智能数据模型,有利于提高钢铁生产的智能化水平,为企业创造更大的经济效益。