马钢方坯连铸机控制系统改进与优化研究

1、    马钢方坯连铸机控制系统改进与优化研究    尚启彬摘要：本论文的工作来源于“马钢（合钢）股份公司第二炼钢2车间四机四流控制系统”整体改造项目。全文介绍连铸生产过程控制系统的发展现状、工作原理和工艺组成。对连铸控制系统进行了总体设计，四机四流按控制系统进行划分为公用系统，一至四流四个铸流系统，包括西门子plc硬件配置、i/o从站分配、变频器从站分配、i/o地址分配、编程及软件设计等一系列细节，介绍了上位机监控组态软件wincc系统，并且在上位机中实现分级管理操作，以便完成二次冷却水的自动配水和钢种研发拓展操作配置。最后对系统进行了调试，满足生产的要

2、求。关键词：方坯   连铸机  改进与优化一、连铸控制系统的工艺及组成各个系统的工艺及组成概述钢包回转台，是标志一台连铸水平的重要设备，主要是解决浇注钢包和等待钢包的定位问题，能根据需要调整其所在位置高度，以便实现无氧化浇注所需要的长水口的安装，用氧气管烧开结瘤的钢包浇注口，等铸机开浇时操作工顺利进行开浇操作的要求，以快速准确地达到多炉连浇的目的。钢包回转台结构包括：上部的支撑台架，中部的驱动旋转装置，下部的底座，及在事故或掉电状态下需进行回转驱动的液压马达。回转到浇注位置需要锁定的，还应有锁定装置，其支撑台上装有两个向两边伸出的臂，每个臂梁上各有一个钢包罐。一只

3、供浇注用，一只供调换用，支撑台上装有称重传感器，通过滑环传给plc作为控制用。支撑台台架由带有滚动轴承的齿圈支撑并在旋转台的底座上旋转，支撑台架由马达（事故状态下位液压马达）带动，可以旋转180度角。中间包，是放在钢包和结晶器之间的中间容器，钢包内的钢水先流入中间包，然后通过中间包的浸渍式人水口流入结晶器内。它是实现多炉连浇所必须的中间容器，中间包有一定深度，从而保证了钢水能在稳定的压力下，平稳地流入结晶器，减少注入结晶器的钢水因冲击而引起的紊流，使结晶器的钢水液面保持平稳，同时钢水在中间包内停留一段时使非金属夹杂物进一步上浮，净化了钢水，另外利用中间包在同时浇注几流铸坯时可以起着分流作用;在

4、多炉连浇时，能存储一定数量的钢水，这样保证了连铸机多炉连浇的正常进行。结晶器，是连铸设备中一个非常重要的部件，钢水流入结晶器后与结晶器水冷内壁接触，将热量传至结晶器内壁再通过结晶器内的冷却水带走，使钢水初步凝固成型，结成一定厚度的坯壳。结晶器振动装置是使结晶器在拉坯过程中不断地发生振动，而且振动的频率和幅度随着拉坯的速度不同而不同。铸坯在结晶器里由钢水凝固薄壳并渐厚的过程中，由于润滑不好等原因，容易与铜板粘结而发生粘挂拉裂或漏钢事故，这对连铸和设备造成严重损坏，乃至至中段生产。而振动式结晶器就能很好的防止这一点，保证拉坯顺利进行。本课题的要求振动范围是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、积分、微分控制（简称pid控制）是过程控制中应用最广泛的一种控制规律。从控制理论可知，pid控制能满足相当多的工业对象的控制要求。pid控制器是应用最广泛的控制器，有人估计现在有90%以上的闭环控制采用pid控制器。一个典型的pid单回路控制系统如图2-2所示，图中c是被控参数，r是给定值。1.二.2智能pid器算法概述智能控制的的概念主要是针对被控对象、环境、控制目标或任务的复杂性而提出的。智能控制算法也称仿人智能算法，它是建立在仪表工程师（专家）和熟练操作人员的控制经验（策略）基础上的软件算法。软件设计的任务，就是把这种人类自然语言描述的经验和策略转

6、化为仪表种微机能够接受的用计算机语言描述的软件算法，使仪表实时地模仿人的控制作用，完成控制任务。较之传统控制理论，智能控制对于环境、任务、对象的复杂性具有更高的适应能力，所以能在更广泛的领域中获得应用。三、可编程控制器plc的介绍可编程控制器（programmble  controller）简称pc或plc17。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业控制装置。目前，plc已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自

7、动化的三大支柱（plc、机器人、cad/cam）之一。1.三.1可编程控制器的特点和应用领域（一）plc的特点plc技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点：a.可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强是plc最重要的特点之一。plc的平均无故障时间可达几十万个小时，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施：硬件方面i/o通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对plc的影响;对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰;对

8、cpu等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰;对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。b.编程简单、使用方便目前，大多数plc采用的编程语言是梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，plc编程器的操作和使用也很简单。这也是plc获得普及和推广的主要原因之一。（二）plc的应用领域目前，在国内外plc已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着plc性能价格比的不

9、断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，plc的应用大致可归纳为以下几个方面：a.开关量逻辑控制利用plc最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是plc最基本的应用，也是plc最广泛的应用领域。b.运动控制大多数plc都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。本课题中中采用siemens s7-400系列plc来实现对连铸生产流程控制，温度、压力、流量等信号的

10、采集，单体设备单、联动控制，控制模型计算等控制。s7-400是具有中高档性能的可编程控制器。采用模块化无风扇设计，适合于对可靠性要求较高的大型复杂的控制系统。容易扩展和广泛的通讯能力，容易实现的分布结构以及用户友好的操作使s7-400成为中、高档性能控制领域首选的理想解决方案参考文献1郑鹏.连铸二冷过程建模及配水的智能优化研究d.沈阳：东北大学， 20052高宽心，包燕平，刘建华.连铸板坯三角区裂纹的成因及对策j.山西冶金， 2005（4）： 19-20.3 刘颖，曹天明，郗安民，板坯连铸二次冷却控制 北京科技大学学报 2006（3）4 姜永林，连铸生产概论，沈阳：东北工学院出版社，1992：451075郑沛然，连铸工艺及设备，北京：冶金工业出版社，1991：2062276 馬竹梧.炼铁生产自动化技术m.北京