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西门子自动化系统在带钢坯连铸机控制中的应用

产品部门:AS    所属行业:炼钢,炼铁业
来源:郄锡才、吴晓峰、赵乐生

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。