连铸机铸流控制系统升级及功能优化的方法
把高温钢水连续不断地浇铸成具有一定断面形状和一定尺寸规格铸坯的生产工艺过程叫做连续铸钢。完成这一过程所需的设备叫连铸成套设备。浇钢设备、连铸机本体设备、切割区域设备、引锭杆收集及输送设备的机电液一体化构成了连续铸钢核心部位设备，习惯上称为连铸机。
摘要：苏钢1#连铸机铸流PLC控制系统采用德国西门子公司生产的S5系列产品，经过十几年的运行，设备趋于老化。随着S5系统逐渐被淘汰，大多CPU和信号模块已经不再生产，不可避免地遇到了备件价格昂贵、供货时间长、维修成本高等问题，为此公司决定于2015年5月对该连铸机铸流PLC系统进行升级改造。
关键词：S7控制系统;变频器;电动调节阀
一、概述
1#连铸机铸流控制系统中，主站原采用双机架结构：主机架由 S5 CPU 928、CP143通讯模块、WF706计数模块、4块AI 466模拟量输入模块、3块AO 470模拟量输出模块、7块DI 430数字量输入模块、以及EG300扩展模块构成;扩展机架由4块DO 451数字量输出模块、3块DO 454数字量输出模块、以及ZG-AS 312扩展模块构成。升级改造后的新硬件系统，主机架由 S7 CPU 416、CP443通讯模块、FM450计数模块、4块A0 431模拟量输出模块、7块DI 421数字量输入模块、以及IM460扩展模块构成;扩展机架由4块DO 422数字量输出模块、2块AI 432模拟量输入模块、以及IM461扩展模块构成。现上位机采用Wincc监控软件，上位机与PLC之间通过以太网进行通讯。
二、系统中一些主要的功能优化
2.1 二次冷却水控制调节阀优化
连铸热坯采用气水雾化冷却，这种冷却方式，需要对冷却水的流量进行精确调节。原S5系统采用萨姆森电液调节阀结合ABB电磁流量计实现闭环控制。基本工作原理是：ABB电磁流量计测量实际水流量，S5程序中将实际流量与目标流量进行比较，若在死区范围外，则根据实际流量是大于或是小于目标值，输出关闭或是打开的脉冲信号给中间继电器，从而再控制调节阀的动作，直至实际流量值进入死区范围内。但是使用经验证明，此套调节系统存在以下这些问题：控制设备都是进口产品，且连铸二冷区共有45套，维护更换成本高;控制存在死区，精度不高;存在中间继电器，线路较多，增多了故障点;缺少现场手动功能，紧急情况只能通过程序中手动模式控制动作。现升级后的'S7系统采用鞍山工装电动调节阀和上海威尔泰电磁流量计来实现闭环调节。此套调节系统明显存在以下这些优点：控制设备都是国产，且价格仅是原来的30%左右，大大降低了维护成本;控制无死区，无余差，控制精度提高;不存在中间继电器，线路简单，排查故障快;有现场手动功能，方便紧急情况下解决问题;在供水侧有波动时，调节响应快，稳定性提高。
2.2 辊道变频器控制线路优化
连铸输送辊道是用来传送连铸热坯从拉矫机出来，直至出坯区域的通道。输送辊道的速度是根据不同工况而变化的。原S5控制系统，基本控制原理是：PLC将辊道的启停，正反转信号通过数字量输出模块传送到中间继电器，再传送到变频器的数字控制端子DI，同时PLC将要调节的0-10V速度信号通过模拟量输出模块传送给变频器模拟控制输入端子AI，变频器根据这些DI ，AI信号控制辊道电机的启停，正反转，速度等状态。此控制方式虽然可以达到调速目的，但是存在中间继电器、线路较多及模拟信号线干扰等弊端，所以现升级S7系统后，废弃以前的这些繁多的控制线路和中间继电器，仅通过Profibus-Dp通讯线，将变频器挂到DP网上，PLC再通过SFC14、SFC15专用功能块进行控制和显示参数的读写。此控制系统具有线路简单、抗干扰、速度快、故障率低等优点。
2.3 温度测量线路优化
连铸结晶器冷却水进出水都有独立测温，用来进行计算温差。如温差大于程序设定值，则会发出报警，并结晶器线圈跳电。原S5系统测温原理是：现场进出冷却水管上的热电阻信号传送到温度变送器MCR-PT100，再变送成标准的电流信号进入S5模拟量输入模块，然后程序进行计算判断。该测量线路中的温度变送器需要定期进行校验标定，也容易受到温度漂移等影响。所以现升级S7系统后，去除了中间的温度变送器，直接将热电阻信号接入S7模拟量输入模块，模块供电回路供给热电阻恒流源，当热电阻阻值变化时，模块测量回路产生与温度成比例的电压，从而计算实际的温度值，这种四线回路可以获得很高的测量精度，同时通过配置温度模块的补偿等参数，就可以完成对温度的精确控制。
2.4 定尺编码器测量线路优化
热坯需要根据用户的规定，切割成要求的长度，这就需要对热坯进行定尺。原来S5控制系统采用旋转编码器、EBR40转换器和S5计数模块的组合，但在实际使用过程中，存在线路较多，转换器故障等问题，现升级后的S7系统，FM450-1高速计数模块直接给现场编码器供电，旋转编码器的脉冲信号直接传送回模块的计数通道。此方法线路简单，便于检查、排故。
2.5 大包称重线路优化
称重仪表位于大包回转台内，原来称重信号经过滑环送到PLC输入模块，但是滑环使用时间久后，会发生碳刷接触不良，造成信号毛刺多，而且偶尔回转台内液压油泄漏到滑环，会出现无称重信号的麻烦。因此趁改造机会，在回转台内称重仪表后端，增加无线发射装置，连铸平台侧加装无线接收装置，实现信号的无线传输。改造至今，信号接收稳定可靠。
2.6 结晶器振动程序优化
原S5系统中结晶器振动程序块被西门子公司加密，无法读取。因此进行了所有钢种的动态测试，记录了大量的振动，拉速数据，从中总结出规律和算法，最后独立编写了新的结晶器振动控制程序。
三、结束语
通过此次S5控制系统升级的机会，进行了很多的功能优化，去除了以前存在的一些不稳定因素，同时简化了控制线路，降低了排故难度，减轻了以后的维护成本。在升级后的S7控制系统中，硬件功能齐全，编程软件中的特殊功能块也十分丰富，所以在以后的实践中，会找出更多可改进、可优化的地方，使得连铸控制系统更加稳定可靠。
参考文献：
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