馬鋼方坯連鑄機控制系統(tǒng)改進與優(yōu)化研究

1、    馬鋼方坯連鑄機控制系統(tǒng)改進與優(yōu)化研究    尚啟彬摘要：本論文的工作來源于“馬鋼（合鋼）股份公司第二煉鋼2車間四機四流控制系統(tǒng)”整體改造項目。全文介紹連鑄生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、工作原理和工藝組成。對連鑄控制系統(tǒng)進行了總體設計，四機四流按控制系統(tǒng)進行劃分為公用系統(tǒng)，一至四流四個鑄流系統(tǒng)，包括西門子plc硬件配置、i/o從站分配、變頻器從站分配、i/o地址分配、編程及軟件設計等一系列細節(jié)，介紹了上位機監(jiān)控組態(tài)軟件wincc系統(tǒng)，并且在上位機中實現(xiàn)分級管理操作，以便完成二次冷卻水的自動配水和鋼種研發(fā)拓展操作配置。最后對系統(tǒng)進行了調(diào)試，滿足生產(chǎn)的要

2、求。關(guān)鍵詞：方坯   連鑄機  改進與優(yōu)化一、連鑄控制系統(tǒng)的工藝及組成各個系統(tǒng)的工藝及組成概述鋼包回轉(zhuǎn)臺，是標志一臺連鑄水平的重要設備，主要是解決澆注鋼包和等待鋼包的定位問題，能根據(jù)需要調(diào)整其所在位置高度，以便實現(xiàn)無氧化澆注所需要的長水口的安裝，用氧氣管燒開結(jié)瘤的鋼包澆注口，等鑄機開澆時操作工順利進行開澆操作的要求，以快速準確地達到多爐連澆的目的。鋼包回轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)包括：上部的支撐臺架，中部的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置，下部的底座，及在事故或掉電狀態(tài)下需進行回轉(zhuǎn)驅(qū)動的液壓馬達。回轉(zhuǎn)到澆注位置需要鎖定的，還應有鎖定裝置，其支撐臺上裝有兩個向兩邊伸出的臂，每個臂梁上各有一個鋼包罐。一只

3、供澆注用，一只供調(diào)換用，支撐臺上裝有稱重傳感器，通過滑環(huán)傳給plc作為控制用。支撐臺臺架由帶有滾動軸承的齒圈支撐并在旋轉(zhuǎn)臺的底座上旋轉(zhuǎn)，支撐臺架由馬達（事故狀態(tài)下位液壓馬達）帶動，可以旋轉(zhuǎn)180度角。中間包，是放在鋼包和結(jié)晶器之間的中間容器，鋼包內(nèi)的鋼水先流入中間包，然后通過中間包的浸漬式人水口流入結(jié)晶器內(nèi)。它是實現(xiàn)多爐連澆所必須的中間容器，中間包有一定深度，從而保證了鋼水能在穩(wěn)定的壓力下，平穩(wěn)地流入結(jié)晶器，減少注入結(jié)晶器的鋼水因沖擊而引起的紊流，使結(jié)晶器的鋼水液面保持平穩(wěn)，同時鋼水在中間包內(nèi)停留一段時使非金屬夾雜物進一步上浮，凈化了鋼水，另外利用中間包在同時澆注幾流鑄坯時可以起著分流作用;在

4、多爐連澆時，能存儲一定數(shù)量的鋼水，這樣保證了連鑄機多爐連澆的正常進行。結(jié)晶器，是連鑄設備中一個非常重要的部件，鋼水流入結(jié)晶器后與結(jié)晶器水冷內(nèi)壁接觸，將熱量傳至結(jié)晶器內(nèi)壁再通過結(jié)晶器內(nèi)的冷卻水帶走，使鋼水初步凝固成型，結(jié)成一定厚度的坯殼。結(jié)晶器振動裝置是使結(jié)晶器在拉坯過程中不斷地發(fā)生振動，而且振動的頻率和幅度隨著拉坯的速度不同而不同。鑄坯在結(jié)晶器里由鋼水凝固薄殼并漸厚的過程中，由于潤滑不好等原因，容易與銅板粘結(jié)而發(fā)生粘掛拉裂或漏鋼事故，這對連鑄和設備造成嚴重損壞，乃至至中段生產(chǎn)。而振動式結(jié)晶器就能很好的防止這一點，保證拉坯順利進行。本課題的要求振動范圍是87.5hz到263hz。二、智能控制算法

5、概述1.二.1pid控制器算法概述比例、積分、微分控制（簡稱pid控制）是過程控制中應用最廣泛的一種控制規(guī)律。從控制理論可知，pid控制能滿足相當多的工業(yè)對象的控制要求。pid控制器是應用最廣泛的控制器，有人估計現(xiàn)在有90%以上的閉環(huán)控制采用pid控制器。一個典型的pid單回路控制系統(tǒng)如圖2-2所示，圖中c是被控參數(shù)，r是給定值。1.二.2智能pid器算法概述智能控制的的概念主要是針對被控對象、環(huán)境、控制目標或任務的復雜性而提出的。智能控制算法也稱仿人智能算法，它是建立在儀表工程師（專家）和熟練操作人員的控制經(jīng)驗（策略）基礎上的軟件算法。軟件設計的任務，就是把這種人類自然語言描述的經(jīng)驗和策略轉(zhuǎn)

6、化為儀表種微機能夠接受的用計算機語言描述的軟件算法，使儀表實時地模仿人的控制作用，完成控制任務。較之傳統(tǒng)控制理論，智能控制對于環(huán)境、任務、對象的復雜性具有更高的適應能力，所以能在更廣泛的領域中獲得應用。三、可編程控制器plc的介紹可編程控制器（programmble  controller）簡稱pc或plc17。它是在電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，plc已被廣泛應用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中，成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業(yè)控制裝置，被公認為現(xiàn)代工業(yè)自

7、動化的三大支柱（plc、機器人、cad/cam）之一。1.三.1可編程控制器的特點和應用領域（一）plc的特點plc技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)領域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。主要有以下特點：a.可靠性高、抗干擾能力強可靠性高、抗干擾能力強是plc最重要的特點之一。plc的平均無故障時間可達幾十萬個小時，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施：硬件方面i/o通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對plc的影響;對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾;對

8、cpu等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾;對有些模塊設置了聯(lián)鎖保護、自診斷電路等。b.編程簡單、使用方便目前，大多數(shù)plc采用的編程語言是梯形圖語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計算機知識，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當生產(chǎn)流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。同時，plc編程器的操作和使用也很簡單。這也是plc獲得普及和推廣的主要原因之一。（二）plc的應用領域目前，在國內(nèi)外plc已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著plc性能價格比的不

9、斷提高，其應用領域不斷擴大。從應用類型看，plc的應用大致可歸納為以下幾個方面：a.開關(guān)量邏輯控制利用plc最基本的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能實現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是plc最基本的應用，也是plc最廣泛的應用領域。b.運動控制大多數(shù)plc都有拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機械設備，如對各種機床、裝配機械、機器人等進行運動控制。本課題中中采用siemens s7-400系列plc來實現(xiàn)對連鑄生產(chǎn)流程控制，溫度、壓力、流量等信號的

10、采集，單體設備單、聯(lián)動控制，控制模型計算等控制。s7-400是具有中高檔性能的可編程控制器。采用模塊化無風扇設計，適合于對可靠性要求較高的大型復雜的控制系統(tǒng)。容易擴展和廣泛的通訊能力，容易實現(xiàn)的分布結(jié)構(gòu)以及用戶友好的操作使s7-400成為中、高檔性能控制領域首選的理想解決方案參考文獻1鄭鵬.連鑄二冷過程建模及配水的智能優(yōu)化研究d.沈陽：東北大學， 20052高寬心，包燕平，劉建華.連鑄板坯三角區(qū)裂紋的成因及對策j.山西冶金， 2005（4）： 19-20.3 劉穎，曹天明，郗安民，板坯連鑄二次冷卻控制 北京科技大學學報 2006（3）4 姜永林，連鑄生產(chǎn)概論，沈陽：東北工學院出版社，1992：451075鄭沛然，連鑄工藝及設備，北京：冶金工業(yè)出版社，1991：2062276 馬竹梧.煉鐵生產(chǎn)自動化技術(shù)m.北京