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摘要：介紹了興澄鋼鐵有限公司大方坯連鑄機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，敘述了自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的各種功能，給出了應(yīng)用軟件開發(fā)方法、系統(tǒng)運(yùn)行情況及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：連鑄機(jī)　自動(dòng)控制　應(yīng)用軟件開發(fā)

Automatic control of bloom continuous casting machine at Xingcheng Iron and Steel Co Ltd

Sun Hao
(Automation Rebbbbbb Institute of MMI　Beijing　100071)
Wang Hongxiang　Ji Wenge
(Xingcheng Iron and Steel Co Ltd)

Abstract　The configuration of automatic control system for bloom continuous casting machine at Xingcheng Iron and Steel Co Ltd is briefly introduced. Various functions implemented by the automatic control system are described. The application software development, system operation perbbbbance and application experience are given.
Key words　continuous casting machine; automatic control; application software development

0　概述
　　興澄鋼鐵有限公司五機(jī)五流大方坯連鑄機(jī)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)180mm×180mm及300mm×300mm斷面的方坯，年產(chǎn)量60萬t，可澆注低合金鋼、普碳鋼、軸承鋼、彈簧鋼等。主要參數(shù)如下：弧形彎曲半徑R12m，采用柔性引錠桿，設(shè)計(jì)拉速范圍0.3～3.0m/min，大包容量100t，中包容量30t，二冷水采用氣霧冷卻方式，鑄機(jī)冶金長度36000mm，流間距1000mm，切坯長度6～12m。
　　該連鑄機(jī)的控制系統(tǒng)，采用了統(tǒng)一的ARCNET網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)上掛有可編程控制器、回路調(diào)節(jié)器、基于客戶機(jī)／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的監(jiān)控站和過程機(jī)等，實(shí)現(xiàn)了控制功能分散、管理功能集中，是一套包括順控、回路調(diào)節(jié)、過程機(jī)“三電”一體化的自控系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)配置
　　基礎(chǔ)級(jí)采用意大利歐西公司的PMC-15可編程控制器、TLOOP回路控制器及Intel Pentium PC機(jī)。PC機(jī)作為監(jiān)控站，運(yùn)行歐西公司的基于NT的Cube ver 2.02環(huán)境；過程級(jí)則既采用了Intel Pentium PC機(jī)，也采用了digital Alpha AXP機(jī)，前者為Cube站，后者則安裝有可視化編程工具VC 4.0并運(yùn)行SQL server作為過程機(jī)。基礎(chǔ)級(jí)和過程級(jí)掛在同一級(jí)網(wǎng)上，PC機(jī)主要參數(shù)為CPU P／133、RAM 40MB、硬盤1.2GB，作為服務(wù)器和編程站的PC同時(shí)還配有4倍速光驅(qū)。
1.1　硬件構(gòu)成
　　控制系統(tǒng)設(shè)備分布在主控室、基礎(chǔ)自動(dòng)化室、火切控制室及計(jì)算機(jī)房等處。
　　PMC1～PMC5用于鑄流1～5控制；PMC6用于公共區(qū)控制；TLOOP1～TLOOP5用于鑄流1～5結(jié)晶器液位控制；PC1、PC2為主控室監(jiān)控站，PC1為服務(wù)器，PC2既為客戶機(jī)同時(shí)也配置成后備服務(wù)器；PC3、PC4、PC9為digital Alpha AXP；PC5客戶機(jī)為火切室監(jiān)控站；PC6為系統(tǒng)編程維護(hù)站；PC7、PC8為過程級(jí)Pentium機(jī)。PC3～4、PC7～9均安裝在計(jì)算機(jī)房，這5臺(tái)機(jī)器共同承擔(dān)數(shù)據(jù)庫、過程級(jí)功能及質(zhì)量判斷模型運(yùn)行任務(wù)。
1.2　軟件配置
　　平臺(tái)軟件Cube包括8種基本的基于bbbbbbs NT的模塊，各Cube站選裝某些Cube模塊，所有Cube站構(gòu)成集成Cube環(huán)境。其中服務(wù)器模塊提供集中的數(shù)據(jù)管理和歷史檔案存儲(chǔ)服務(wù)，而客戶機(jī)模塊則可通過本地網(wǎng)訪問服務(wù)器站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，基本模塊如下：
　?。瓹ube-FND　　　Cube軟件基本核；
　?。瓹ube-PDECube開發(fā)環(huán)境；
　?。瓹ube-ODSCube運(yùn)行調(diào)試環(huán)境；
　?。瓹ube-GMSCube畫面監(jiān)控系統(tǒng)；
　?。瓹ube-PDB／PDDCube過程數(shù)據(jù)庫／過程數(shù)據(jù)顯示；
　?。瓹ube-ADB／ADDCube報(bào)警數(shù)據(jù)庫／報(bào)警數(shù)據(jù)顯示；
　　．Cube-EMSCube事件管理系統(tǒng)；
　　．Cube-RMSCube報(bào)表管理系統(tǒng)。
　　客戶機(jī)Cube站安裝有FND、GMS、ADD、PDD和ODS模塊，服務(wù)器Cube站提供的是FND、GMS、ADB／ADD、PDB／PDD和ODS，PDE環(huán)境則在編程維護(hù)站上提供。

2　基礎(chǔ)自動(dòng)化
2.1　大包回轉(zhuǎn)臺(tái)(LT)的控制
　　LT控制包括：(1)正常和事故旋轉(zhuǎn)的控制，LT主電機(jī)為VVVF控制的22kW交流電機(jī)，兩情形下LT旋轉(zhuǎn)方向、減速、剎車和準(zhǔn)停，均由編碼器測(cè)得位置反饋后通過改變變頻器方向和速度給定來完成；(2)大包的鎖定與釋放；(3)大包稱重信號(hào)處理；(4)加載、澆注位大包臂的變速升降；(5)大包蓋的旋進(jìn)旋出及升降；(6)滑動(dòng)水口的正?？刂坪途o急關(guān)閉，以及通過PID控制滑動(dòng)水口開度來控制中包鋼水重量。
　　LT監(jiān)控畫面顯示包括大包號(hào)、大包重量、鋼水溫度、大包到達(dá)時(shí)間、開澆時(shí)間等參數(shù)，以及大包臂所處位置角度、升降狀態(tài)、鎖定狀態(tài)等。
2.2　中包車(TC)的控制
　　TC的控制包括：(1)中包車的行走控制，TC主電機(jī)為VVVF控制的7.5kW交流電機(jī)，通過變頻器完成其變速進(jìn)退及點(diǎn)動(dòng)對(duì)中，緊急后退，與中包預(yù)熱站的聯(lián)鎖；(2)中包升降控制；(3)中包塞棒控制則由手／自動(dòng)切換閥、阻斷閥、伺服閥和緊急關(guān)斷閥構(gòu)成。在進(jìn)行塞棒的調(diào)節(jié)和關(guān)閉動(dòng)作時(shí)，PMC自動(dòng)完成伺服閥的開度控制及上述各閥的聯(lián)鎖控制。
2.3　液壓站的控制
　　連鑄區(qū)設(shè)3個(gè)液壓站：(1)中央液壓站(CH)，負(fù)責(zé)連鑄平臺(tái)上除塞棒動(dòng)作以外所有液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備，拉矯機(jī)、輥道及后部公共區(qū)的液壓驅(qū)動(dòng)；(2)結(jié)晶器液位控制(MLC)液壓站，負(fù)責(zé)塞棒系統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)；(3)中包液壓站(CHT)，獨(dú)立提供中包傾翻操作時(shí)的液壓動(dòng)力。
　　PMC通過溫度巡測(cè)，對(duì)加熱器及冷卻裝置的啟停實(shí)現(xiàn)了CH油溫自動(dòng)控制。CH的高壓泵(HP)和循環(huán)泵(CP)均具有壓力監(jiān)視和報(bào)警，可選擇自動(dòng)、手動(dòng)和備用3種操作方式。當(dāng)在線運(yùn)行的某泵故障停機(jī)時(shí)，備用泵即自動(dòng)投入取代故障泵。MLC液壓站也有類似功能。
　　對(duì)通過比例閥完成的液壓驅(qū)動(dòng)，PMC則是將控制信號(hào)(如液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的方向和速度等)輸出到對(duì)應(yīng)的專用比例控制模塊。
2.4　冷卻水系統(tǒng)的控制
　　冷卻水包括3部分：設(shè)備冷卻水、事故冷卻水和噴淋水(二冷水)。對(duì)設(shè)備冷卻水而言，控制系統(tǒng)只進(jìn)行報(bào)警監(jiān)視；而對(duì)事故冷卻水，控制系統(tǒng)不僅進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，而且還具有在緊急時(shí)自動(dòng)打開事故水的功能。
　　噴淋水具有手動(dòng)、固定設(shè)定點(diǎn)、按存儲(chǔ)曲線和計(jì)算機(jī)控制4種方式。手動(dòng)可將各噴淋段對(duì)應(yīng)的閥直接將開度從0%開至100%；固定設(shè)定點(diǎn)方式下控制器設(shè)定為固定值進(jìn)行控制；按存儲(chǔ)曲線控制時(shí)，對(duì)每個(gè)噴淋段系統(tǒng)都存有10種不同的水量值計(jì)劃，按需選取。計(jì)算機(jī)控制則可由過程計(jì)算機(jī)根據(jù)澆注速度和鋼種等給出每個(gè)噴淋段的流量設(shè)定。
　　噴淋水通用的計(jì)算公式是：
總供水量(L/min)=噴淋等級(jí)(L/kg)．線密度
　　　　　　　　(kg/m)．澆注速度(m/min)
　　第1、2、3區(qū)各分配50%、30%、20%的供水量。
　　通過二冷水監(jiān)控畫面可實(shí)現(xiàn)二冷水系統(tǒng)各區(qū)氣水各閥的遠(yuǎn)程手動(dòng)操作。
2.5　引錠桿與鑄坯位置自動(dòng)跟蹤
　　進(jìn)入送引錠時(shí)，從送引錠條件畫面上確認(rèn)各項(xiàng)條件后，PMC控制將引錠桿自動(dòng)送入。引錠桿上第2孔通過光柵時(shí)發(fā)出同步信號(hào)，確定引定桿頭的位置；PMC跟蹤引錠桿頭位置并控制輥道組RT2.1、RT1的啟停，拉矯機(jī)各輥的開閉及旋轉(zhuǎn)。跟蹤指示引錠桿頭到達(dá)結(jié)晶器下1m時(shí)，停止自動(dòng)送引錠，由點(diǎn)動(dòng)調(diào)整完成引錠桿頭對(duì)中。
　　開澆時(shí)，跟蹤程序通過跟蹤引錠桿頭的位置完成自動(dòng)脫錠和控制引錠桿自動(dòng)返回存儲(chǔ)裝置。同時(shí)，鑄坯位置自動(dòng)跟蹤對(duì)澆注方式、尾坯方式的控制也很重要。如兩爐鋼連澆時(shí)，冷卻水和切割都要將復(fù)合澆注的接頭位置加以考慮等。
　　通過鑄流監(jiān)控畫面可以準(zhǔn)確觀察被跟蹤的引錠桿實(shí)際位置狀態(tài)，該畫面同時(shí)也顯示熱錠長度、拉矯機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。
2.6　拉矯機(jī)的控制
　　拉矯機(jī)由25＃輥、29＃輥和33＃輥3組輥組成，其控制包括開閉和轉(zhuǎn)速。
　　開閉控制對(duì)應(yīng)于25＃和29＃輥配有6個(gè)伺服閥，33＃輥配有5個(gè)伺服閥。各組輥的開、冷壓閉和熱壓閉均按照其對(duì)應(yīng)的伺服閥控制真值表實(shí)行控制。
　　旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)均為7.5kW交流電機(jī)，3組輥上均裝有編碼器測(cè)速。正常時(shí)29＃輥轉(zhuǎn)速代表拉矯機(jī)轉(zhuǎn)速。若該編碼器不正常，依次取33＃輥或25＃輥編碼器的測(cè)速作為拉矯機(jī)轉(zhuǎn)速。速度設(shè)定可由監(jiān)控站或澆注平臺(tái)上后備操作盤完成，在設(shè)定速度下，通過PID控制來穩(wěn)速。
　　在給3組輥相同設(shè)定時(shí)，由于信號(hào)經(jīng)過各環(huán)節(jié)產(chǎn)生累積誤差，使得最終在變頻器上反映的赫茲數(shù)不相等，實(shí)測(cè)在設(shè)定某一拉矯速度水平時(shí)，給予各組輥以修正系數(shù)，使3組輥?zhàn)冾l器赫茲數(shù)相等。改變?cè)O(shè)定點(diǎn)，獲得一組新數(shù)據(jù)，如此則可形成一張完整的修正系數(shù)矩陣。這樣，3組輥速度平衡便可通過修正系數(shù)矩陣來實(shí)現(xiàn)。
2.7　結(jié)晶器控制
2.7.1　結(jié)晶器液位控制
　　結(jié)晶器液位檢測(cè)采用羅蘭公司提供的Cs-137檢測(cè)儀及前端處理柜，前端處理帶有濾波及平滑算法，可以選擇設(shè)定相應(yīng)的采樣周期的參數(shù)，信號(hào)經(jīng)處理后送至TLOOP站。
　　為防止鋼水液面長時(shí)間相對(duì)固定腐蝕結(jié)晶器內(nèi)壁，在控制結(jié)晶器液位時(shí)對(duì)設(shè)定值疊加了正弦補(bǔ)償。
　　結(jié)晶器液位控制提供了上調(diào)法和下調(diào)法，分別通過PID控制塞棒伺服閥開度和通過調(diào)節(jié)拉矯機(jī)速度來調(diào)節(jié)結(jié)晶器液位。
2.7.2　結(jié)晶器振動(dòng)頻率控制
　　結(jié)晶器振動(dòng)采用了變頻器控制，頻率調(diào)節(jié)范圍0～250Hz，振動(dòng)頻率獨(dú)立于拉速，可以通過結(jié)晶器監(jiān)控畫面設(shè)定，也可在機(jī)旁操作箱上設(shè)定。
2.8　其他設(shè)備的控制
　　PMC還控制輸出輥道、橫移機(jī)、冷床和推鋼機(jī)等。
　　結(jié)晶器潤滑、電磁攪拌、火切機(jī)、打號(hào)機(jī)等則各有專用控制裝置，PMC與其只有設(shè)定或工作方式的信號(hào)交換。

3　控制軟件的設(shè)計(jì)
3.1　功能規(guī)格書
　　軟件功能規(guī)格書按IEC 848標(biāo)準(zhǔn)寫出，核心是將控制系統(tǒng)分為相對(duì)獨(dú)立的施控系統(tǒng)和受控系統(tǒng)。
　　受控系統(tǒng)，或稱基本控制，由執(zhí)行物理過程的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備構(gòu)成，本項(xiàng)目即是各類電機(jī)、泵閥等，其描述格式是：(1)自動(dòng)控制，給出施控系統(tǒng)向受控系統(tǒng)發(fā)出控制的命令清單；(2)手動(dòng)控制，給出具有手動(dòng)向基本控制發(fā)命令的遠(yuǎn)程設(shè)備單元清單；(3)本地控制，給出具有手動(dòng)向基本控制發(fā)命令的機(jī)旁設(shè)備單元清單；(4)聯(lián)鎖，給出允許或鎖定基本控制運(yùn)轉(zhuǎn)的邏輯條件詳細(xì)信息；(5)軟件細(xì)節(jié)，給出軟件序列號(hào)、執(zhí)行時(shí)序延時(shí)、模塊名的詳細(xì)信息。
　　施控系統(tǒng)，或稱控制邏輯，系從監(jiān)控者、被控過程接受信息并向受控系統(tǒng)發(fā)出指令的設(shè)備。本項(xiàng)目即是各設(shè)備按照工藝要求進(jìn)行動(dòng)作及其相互關(guān)系，描述格式是：(1)基本控制清單，給出從邏輯接受指令的受控系統(tǒng)清單；(2)來自／至其他邏輯的輸入／輸出，給出兩個(gè)或多個(gè)施控系統(tǒng)間信號(hào)交換；(3)狀態(tài)步清單，對(duì)施控系統(tǒng)劃分成的若干穩(wěn)定狀態(tài)步給出簡短描述；(4)軟件細(xì)節(jié)，給出軟件序列號(hào)、執(zhí)行時(shí)序延時(shí)、模塊名的詳細(xì)信息；(5)邏輯圖，即施控系統(tǒng)的功能流圖。
3.2　程序編制
　　首先將受控設(shè)備歸納成若干類型建立用戶庫，用戶庫包括：14種類型不可逆馬達(dá)M1～M14；5種類型可逆馬達(dá)R1～R5；5種類型電磁閥Y1～Y5；4種類型電動(dòng)閥MV1～MV4。以M1為例，即為具有本地、遠(yuǎn)程兩種方式，有本地啟動(dòng)、停止請(qǐng)求，運(yùn)轉(zhuǎn)反饋和設(shè)備就緒6個(gè)輸入信號(hào)，輸出為運(yùn)轉(zhuǎn)指令的設(shè)備。
　　編程采用了系統(tǒng)提供的基本工具：梯形圖、方塊圖和Iter II。

4　結(jié)束語
　　1997年11月18日江陰興鋼濱江連鑄機(jī)開始熱試澆鋼，首試即告成功。前3爐先試驗(yàn)了敞開澆注，隨后即進(jìn)行保護(hù)澆注，并逐步投入電磁攪拌等各種設(shè)備，進(jìn)入試生產(chǎn)階段。通過不斷改進(jìn)，連鑄系統(tǒng)從去年底至今運(yùn)行情況良好。自動(dòng)控制系統(tǒng)正確和穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，具有較高的可靠性，為整個(gè)連鑄機(jī)的正常運(yùn)行提供了重要保障。