杭鋼80t電爐連鑄控制系統(tǒng)

2009年06月02日 17:05:59人氣：1195來源：煙臺(tái)勾股通信技術(shù)有限公司

1．概況
杭鋼80t電爐工程是杭鋼集團(tuán)近年來投資引進(jìn)的zui大一個(gè)項(xiàng)目，耗資7億元人民幣。直流電弧爐引自法國(guó)克萊西姆（Cleicm），短流程高速連鑄機(jī)引自?shī)W鋼聯(lián)（VAI），經(jīng)國(guó)內(nèi)配套和改造，于1999年4月正式投產(chǎn)。設(shè)備運(yùn)行二年，年產(chǎn)鋼量逾50萬(wàn)噸，主要指標(biāo)已進(jìn)入全國(guó)同行前6名。
該生產(chǎn)線的基本流程如下：初煉爐將廢鋼冶煉成合格鋼水后，送至精煉爐進(jìn)行溫度、成分的調(diào)整，然后將合格鋼水送至連鑄機(jī)。鋼水經(jīng)中間罐到結(jié)晶器，在結(jié)晶器內(nèi)進(jìn)行一次冷卻，再經(jīng)扇型段二次冷卻，形成150或200方坯，火切機(jī)定尺切割。合格產(chǎn)品外送相關(guān)分廠（公司）進(jìn)行深加工。
連鑄相關(guān)控制參數(shù)見表1
電爐連鑄自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為一級(jí)和二級(jí)控制系統(tǒng)。一級(jí)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)，直接參與生產(chǎn)過程的檢測(cè)和控制，完成設(shè)備的順序控制和連續(xù)控制。該系統(tǒng)由德國(guó)西門子（SIEMENS） S5-155U決策過程管理系統(tǒng)組成，其功能如下：
1）數(shù)據(jù)的采樣，如結(jié)晶器液位的檢測(cè)，鋼包、中間罐稱重信號(hào)反饋，水冷系統(tǒng)一次儀表信號(hào)反饋等；
2）邏輯控制，如準(zhǔn)備澆鑄、送引錠桿、開澆、澆鑄中、澆鑄結(jié)束等；
3）信號(hào)檢測(cè)，如位置信號(hào)的檢測(cè)等；
4）數(shù)據(jù)處理及通訊，如模數(shù)轉(zhuǎn)換、PLC通訊等。
二級(jí)控制系統(tǒng)為過程控制級(jí)，制定和協(xié)調(diào)生產(chǎn)計(jì)劃，收集生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)，并按一定方法加以處理后進(jìn)行數(shù)學(xué)模型計(jì)算，向基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)出設(shè)定值實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制和管理。該系統(tǒng)由DEC公司的1臺(tái)ALPHA服務(wù)器及多個(gè)終端構(gòu)成。其主要功能包括：
1）數(shù)據(jù)的傳送,如連鑄（CCM）與精煉爐（LF）及化驗(yàn)室（光譜室）之間的數(shù)據(jù)交換等；
2）報(bào)表系統(tǒng)；
3）鑄機(jī)狀態(tài)跟蹤；
4）對(duì)模型的控制，如二冷噴淋水、結(jié)晶器電磁攪拌、末端電磁攪拌、尾坯優(yōu)化切割、數(shù)據(jù)庫(kù)的管理等。
基礎(chǔ)級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)與二級(jí)過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)。主控室人機(jī)接口MMI共4臺(tái)，一級(jí)、二級(jí)各2臺(tái)，主操人員可直接在MMI上通過操作畫面來控制生產(chǎn)。

2 基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成及功能
2．1 系統(tǒng)構(gòu)成
人機(jī)接口采用基于Inter Pentium Ⅱ處理器的工業(yè)PC機(jī)，配置WIN98操作系統(tǒng)，SIEMENS S5 及FACTORY LINKECS 應(yīng)用軟件，使用方便，畫面形象生動(dòng)，便于調(diào)試。與上位機(jī)通訊由RS232接口及4~20mA電流環(huán)接口來實(shí)現(xiàn)。
2.2 主要功能
2.2.1 中間罐鋼水液位控制系統(tǒng)
鋼水液位控制系統(tǒng)總體上來說可劃為3塊，即中間罐塞棒控制子系統(tǒng)、結(jié)晶器液位控制子系統(tǒng)、大包滑動(dòng)水口控制子系統(tǒng)。這3塊相互獨(dú)立，自成系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)組成見圖1。
為保持流入結(jié)晶器內(nèi)的鋼水流動(dòng)平穩(wěn)，采用中間罐稱重系統(tǒng)控制鋼水重量來控制其液位。每個(gè)中間罐車上設(shè)置4個(gè)稱重傳感器，精度0.5‰，稱量范圍為0~50t。稱量信號(hào)經(jīng)稱重處理器變換成毛重信號(hào)后送給基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，然后進(jìn)行去皮。去皮分自動(dòng)去皮和手工去皮兩種方式，去皮需在大包滑動(dòng)水口（LSG）打開之前進(jìn)行，否則去皮無效，一級(jí)MMI畫面上將不顯示中包重量。大包滑動(dòng)水口的自動(dòng)控制系統(tǒng)由于接收不到中間罐的重量變化無法自動(dòng)開啟而只能手動(dòng)操作，手動(dòng)操作則勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2.2.2 結(jié)晶器液位控制子系統(tǒng)
2.2.2.1原理、構(gòu)成及特點(diǎn)
結(jié)晶器液位控制子系統(tǒng)采用美國(guó)伯托（EG&G BERTHOLD）公司制造的LB352結(jié)晶器液位測(cè)量?jī)x。該測(cè)量?jī)x由CO-60放射源，帶水冷裝置的閃爍探測(cè)器LB 6639W，結(jié)晶器液面測(cè)量記錄儀LB352及中間接線盒等組成。采用非接觸式測(cè)量原理，閃爍探測(cè)器把接收到的Co-60射線（γ射線）的強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)化成鋼水液面高度變化。并送給塞棒液壓缸的伺服閥，控制液壓缸塞棒的動(dòng)作，以此調(diào)節(jié)中間罐流入結(jié)晶器鋼水量，控制結(jié)晶器中鋼水液面高度。伯托LB352結(jié)晶器液位測(cè)量?jī)x測(cè)量的是鋼水的真實(shí)液位，量程100mm~200mm，精度為滿量程的±（2~3）%（正常的統(tǒng)計(jì)漲落除外），長(zhǎng)期穩(wěn)定率為輻射強(qiáng)度±1%。安裝方式為外裝式，帶屏蔽的放射源裝置緊靠在結(jié)晶器水冷夾套的外邊。屏蔽鉛罐在結(jié)晶器上蓋的下面，能以手動(dòng)方式開啟或關(guān)閉射源，閃爍探測(cè)器位于水冷夾套外面的另一側(cè)，配水冷套。
該系統(tǒng)具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn):
1）控制精度高，液面波動(dòng)小，有助于保證鑄坯的表面質(zhì)量，減少溢鋼漏鋼事故。該系統(tǒng)與控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)用調(diào)節(jié)定程桿、滑板，可以實(shí)現(xiàn)澆鑄過程的自動(dòng)控制。在連鑄主控室配有一級(jí)計(jì)算機(jī)畫面，對(duì)結(jié)晶器液位的設(shè)定值、實(shí)際值、拉速及塞棒的實(shí)際位置（開度，用百分度表示）等變量都有跟蹤記錄（曲線）和顯示。依據(jù)這些跟蹤曲線可以判斷是否有結(jié)水口現(xiàn)象。
2）可靠性高。采用非接觸式測(cè)量原理測(cè)量鋼水位，不受溫度、灰塵、煙霧、液面性質(zhì)及操作人員除渣過程差異的影響。
3）堅(jiān)固耐用。由于各組成部分均裝于結(jié)晶器上蓋的下面，所以即使鋼水外溢也不會(huì)損壞伯托系統(tǒng)。探測(cè)器的尺寸很小，很容易保護(hù)，受溫度、電磁場(chǎng)及機(jī)械方面的影響小。
4）安全性好。伯托系統(tǒng)的輻射強(qiáng)度很低，放射源的強(qiáng)度一般為40~700MBq,如此低的輻射強(qiáng)度是由于LB352閃爍探測(cè)器靈敏度高。操作和維修人員在伯托系統(tǒng)周圍工作時(shí)，不需佩帶胸章劑量計(jì)及采取其他防護(hù)設(shè)施。
5）使用和維修方便
儀表內(nèi)部參數(shù)一經(jīng)調(diào)試好，輸入后就能確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為避免誤操作，可以用密碼鎖定。該系統(tǒng)PLC（帶微處理器系統(tǒng)的Eurocard卡）與基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)的PLC之間通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，操作工只需操作儀表面板上的?？?、校滿按鈕就能完成校空校滿工作。只有在換鑄坯斷面時(shí)需要同時(shí)完成校空、校滿工作，平時(shí)只需要校空。
每一次合上開關(guān)，結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)都會(huì)做系統(tǒng)自檢，一旦有誤，儀表屏上就會(huì)顯示故障信息。
“ERROR 5”探頭故障在生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)比較多，主要由信號(hào)電纜因高溫，機(jī)械創(chuàng)傷、進(jìn)水等原因造成。其電纜故障一般容易檢查到，常見現(xiàn)象為斷線、屏蔽層受損或屏蔽層接觸不好。如果懷疑探頭有故障，可用以下兩種方法來判斷：
1）快速判斷。如液位讀數(shù)穩(wěn)定并在20%~80%（實(shí)際生產(chǎn)時(shí)一般在80%附近，系統(tǒng)設(shè)定值為80%）范圍內(nèi)，說明探頭性能良好；
2）準(zhǔn)確判斷。通過測(cè)繪探頭的坪特性曲線進(jìn)行判斷。調(diào)整儀表后面板上的H.V.-ADJ微動(dòng)電位器（按+/-0.2V~+/-0.25V的幅度來調(diào)整），觀察儀表面板上讀數(shù)是否穩(wěn)定，穩(wěn)定說明探頭是好的，不穩(wěn)定則說明探頭有故障（工作電壓被抬高或光電倍增管已損壞）。
2．2．3 結(jié)晶器振動(dòng)控制
結(jié)晶器振動(dòng)頻率為1.17Hz~4Hz,振幅6~12mm。振動(dòng)頻率f的設(shè)置參數(shù)由過程控制系統(tǒng)根據(jù)下列公式計(jì)算得出：
f=K× VG ×1000/2×S
式中: f--振動(dòng)頻率 K--補(bǔ)償系數(shù)（1.2~1.5）
VG--澆鑄速度 S--振幅
振動(dòng)控制方式分為自動(dòng)控制方式與手動(dòng)控制方式，在自動(dòng)模式下開澆時(shí)，振動(dòng)裝置隨拉矯機(jī)拉速變化而起振；在手動(dòng)模式下主操人員可以在主控室MMI上根據(jù)相應(yīng)的畫面，選擇存儲(chǔ)在電腦里的振動(dòng)曲線，使之按某一合適曲線振動(dòng)。
2．2．4 引錠桿及鑄坯跟蹤

引錠桿及鑄坯跟蹤是由安裝在夾送輥上的編碼器（PG）來實(shí)現(xiàn)的，在裝引錠桿時(shí)或澆鑄時(shí)，PG根據(jù)引錠桿頭的位置控制夾送輥的壓下狀態(tài)。出尾坯時(shí)，通過PG來進(jìn)行尾坯跟蹤，按坯尾的位置自動(dòng)依次停止夾送輥、關(guān)閉扇形段二冷水，改變夾送輥的壓下狀態(tài)。

2．2．5電磁攪拌
采用了ABB的結(jié)晶器電磁攪拌及末端電磁攪拌技術(shù)。限于篇幅，只簡(jiǎn)單介紹結(jié)晶器電磁攪拌。其系統(tǒng)配置見圖2。操作人員可在一級(jí)計(jì)算機(jī)畫面上根據(jù)不同的鋼種和拉速選擇適宜的攪拌參數(shù)來控制攪拌強(qiáng)度。
2．2．6 一冷水控制
結(jié)晶器一冷水流量保證在2200L/min。一旦意外斷水，流量開關(guān)將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給PLC，在一級(jí)計(jì)算機(jī)畫面上產(chǎn)生報(bào)警信號(hào),通知操作人員停澆,同時(shí)指令打開一冷水事故水閥,以防因斷水燒毀結(jié)晶器冷卻銅管。
2．2．7 二冷水控制
為保證鑄坯以一定的規(guī)律緩慢凝固降溫，二冷區(qū)采用水噴霧冷卻方式。二冷水系統(tǒng)共分為4個(gè)區(qū)，每區(qū)設(shè)置一個(gè)電磁-氣動(dòng)切斷閥，每*又配以獨(dú)立的電磁-氣動(dòng)截止閥。計(jì)算機(jī)根據(jù)鑄坯冷卻的實(shí)際情況自動(dòng)控制二冷水量。計(jì)算機(jī)連鑄專家系統(tǒng)（CAQC）內(nèi)所存二冷水流量控制曲線可分為4種：弱冷（SOFT），中冷（MEDIUM），強(qiáng)冷（HARD）和特強(qiáng)冷（HARD HARD）。整個(gè)二冷區(qū)自上而下，冷卻強(qiáng)度由強(qiáng)到弱。二冷水的流量采用科尼?。↘rohne）IFC 010D智能型電磁流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。在實(shí)際生產(chǎn)中，只需將鋼種，斷面，拉速等參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，即可在數(shù)據(jù)庫(kù)中找出合適的二冷水控制曲線，對(duì)二冷段各區(qū)進(jìn)行流量控制，同時(shí)把各調(diào)節(jié)閥及切斷閥的工作狀態(tài)及電磁流量計(jì)反饋的4~20mA信號(hào)送給一級(jí)PLC，在MMI上顯示出相關(guān)信息。
3 過程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成及功能
3.1硬件及軟件構(gòu)成
3．1．1硬件
服務(wù)器型號(hào) DEC ALPHA SERVER 1000
內(nèi)存 128MSDRAM 硬盤 2×2.1GB
光驅(qū) 600Mb 磁帶機(jī) TZ 87
通訊接口以太網(wǎng)控制器
3．1．2 基本軟件
操作系統(tǒng) OPEN VMC V6.02
數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng) ORACLE V7.0
程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 C, C++, VB
個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)） WINDOWS NT操作系統(tǒng)
3.2 功能
1）生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制；
2）尾坯優(yōu)化切割處理。根據(jù)中間罐車所剩的鋼水重量，計(jì)算每流鑄坯合理切割長(zhǎng)度并提供停澆的*點(diǎn)位置；
3）二冷配水的設(shè)定。根據(jù)鋼種、溫度和拉速，找出相應(yīng)庫(kù)中的經(jīng)驗(yàn)值送給 PLC去執(zhí)行；
4）連鑄生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理及歷史數(shù)據(jù)的存貯；
5）與冶煉過程計(jì)算機(jī)、分析中心計(jì)算機(jī)（化驗(yàn)室）之間的通訊以及與結(jié)晶器液面控制、結(jié)晶器電磁攪、打號(hào)機(jī)、火切機(jī)、末端電磁攪拌等子系統(tǒng)之間的通訊；
6）各種報(bào)表的處理。
3．3 控制功能組成
連鑄過程計(jì)算機(jī)不僅具有鑄機(jī)本體的控制功能，而且融入了管理功能，其主要功能如下：
1）給出相關(guān)鋼種的冶金數(shù)據(jù)；
2）建立生產(chǎn)過程中的質(zhì)量判定模型；
3）處理生產(chǎn)計(jì)劃，打印生產(chǎn)報(bào)表；
4）給定切割長(zhǎng)度；
5）給定鑄坯打印批號(hào)；
6）給定二冷水設(shè)定值；
4 結(jié)束語(yǔ)
杭鋼昌興電爐連鑄機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，具有硬件結(jié)構(gòu)合理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送效率高、軟硬件資源共享率高等特點(diǎn)。其控制功能*安全，操作方便。電爐投產(chǎn)兩年來已取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)過程控制處理器工業(yè)PC

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