西门子自动化系统在带钢坯连铸机控制中的应用

项目介绍

　　我公司热轧带钢每年需42万吨熟料，原来由炼钢厂模铸 锭通过750轧机轧制成带钢坯，?/SPAN>500mm热轧带钢轧 至成材，但模铸和初轧机工艺均为淘汰落后工艺，而采 用连铸工艺代替模铸锭开坯工艺即可取消年近50万吨的 模铸和初轧能力，使带钢生产由两火成材变为一火成材, 不仅能大幅度提高效率、降低能耗，而且会使成材率提 高7%以上。为此，我公司于2001年新建并投产一座年产57万吨的带钢坯连铸机，控制系统全部采用西门子S7-400 PLC控制器，传动装置采用西门子变频器，整个系统 I/O点数约2500点左右，本系统的投入使转炉钢实现了全连铸。

　　系统配置

　　根据连铸机的工艺生产特点，铸流控制系统一般采用相同的配置，每流一套，共3套，公用系统1套，CPU采用 了CPU416-2DP共4块，开关量DI模板采用421-1BL00, 用于现场设备如开关、操作箱等I/O点的接入。DO模板采 用422-1BL00，均为24VDC*32CH型模板，采用中间继 电器方式控制设备，对于指示单元直接输出。模拟量模 板AI采用431-1KF10，用于仪表监测信号的接入，如二冷 水各段的压力、流量、拉速等。AO模板采用432-1KH10, 可任意组态通道类型，用于控制调节阀门。高速计数模 块FM450连接增量型编码器，用于钢坯跟踪、测长等, 以太网卡采用CP443-1 IT，既可以通过10M粗缆通讯, 也可以通过双绞线通讯。PLC通过STEP7 5.0编程软件, 采用网络接口实现编程，监控站采用基于WINNT4.0操作 系统的SIMATIC WinCC5.0组态监控软件，1套开发版，3 套运行版。

　　系统构成

　　根据公司实际情况和现有连铸机的配置情况，在自动化 选型中既要保证系统的先进性、可靠性，又要降低成本, 保证系统的通用性，因此我们选用了西门子控制设备。

　　我公司现有连铸机4台，其中2台采用西门子PLC控制,监控系统全部为SIMATIC WinCC软件；四座转炉全部采 用SIEMENS S7-400PLC，监控系统也全部为WinCC软 件。这些系统多年来运行稳定可靠，几乎没有影响过生 产，我们的应用水平不断提高，能处理几乎任何故障, 由于产品可替代性，也节约了大量的备件购买投资。

　　SIEMENS PLC的优势体现在：

　　 ·大大节省了备件资金和开发人员的培训资金

　　·大大提高了开发速度和运行质量，并缩短了故障处理时间

　　·全集成自动化(TIA)有效减少了运营成本，大大降低了系统间接口费用

　　根据实际情况而设计出的方案是：每套为两个机架，由

　　接口模板IM460实现中央机架和扩展机架之间的连接, 采 用CPU内置的PROFIBUS-DP接口实现与变频器的通讯, 用扩展单元IM通讯卡连接远程站ET200M，系统的通讯 网络采用西门子高速工业以太网，粗缆连接，通讯速率

　　10Mb/s，抗干扰性好，用于PLC与PLC之间的通讯，采 用国际现场总线标准之一的PROFIBUS-DP与变频器通讯 控制，它属于设备总线，主要用于复杂现场设备和分布 式I/O，物理结构为RS-485，传输速率最大为12Mb/s, 由于采用的相同协议标准和传输介质，还连接ET200M作 为远程I/O站，在液压站、操作台、MCC等I/O 点数较为 集中的地点设置ET200M，有效减少控制电缆量，监控站 与PLC的通讯采用双绞线介质、TCP/IP开放协议。

　　系统功能

　　 公用PLC主要完成钢包连浇装置的控制、中间罐车走行、横 移的控制、中间罐预热控制、二冷室蒸气排出装置控制、切 头小车控制、推钢机控制、液压系统控制、冷床控制。铸 流PLC主要完成结晶器振动频率调节控制、拉矫机传动控 制、驱动辊压下压力调节、引锭杆跟踪、定尺切割控制、切 割前后辊道控制、结晶器冷却水调节、二次冷却水流量调节。其中，较为关键的功能包括：

　　·引锭杆工作过程控制 ·结晶器液面检测控制

　　·二冷水流量动态控制 ·自动定尺系统

　　·安全连锁和异常对策

　　小结及体会

　　我公司带钢坯连铸机2001年10月建成投产，控制系统运行稳定可靠，未由于自身原因导致任何模板损坏或者通讯中断现象，用户评价良好。本连铸机计算机自动控制系统采用西门子PLC控制系统，实现了设备的连锁启停、回路调节、报警、趋势记录等一系列功能，降低了能耗，提高了 作业率，减少了故障停机率，提高了铸坯的质量和产量；同时，连铸－热 送－热轧工艺的运行，也提高了劳动生产率、改善了工人工作环境、减轻 了工人劳动强度；控制系统在实现“三电一体化”的基础上成功将 PROFIBUS现场总线将传动系统和ET200M远程I/O系统连接到控制系统中,西门子全集成自动化的可靠运行，大大降低了投资和维护成本，提高了可靠性和控制水平，另外基础自动化系统所具有的开放性充分考虑了过程机 接口和全厂计算机数据网的联入方式，由于自行设计、自行开发，为整套 系统的可靠运行提供强有力的保障，取得了显著的经济效益和社会效益。