西門(mén)子S7系列PLC在小方坯連鑄機(jī)中的應(yīng)用

1 引言
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著連鑄機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得冶金行業(yè)對(duì)連鑄的高效化也有了更高的要求。連鑄是緊湊型的控制，因此引入高性能計(jì)算機(jī)是提高產(chǎn)量和質(zhì)量的必要條件。小方坯連鑄機(jī)主要為弧形漸進(jìn)矯直型，鑄坯半徑R為8000mm，鑄機(jī)作業(yè)率可達(dá)65%~85%。本文以四機(jī)四流小方坯連鑄機(jī)為例介紹西門(mén)子S7 系列PLC在自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
根據(jù)小方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，該自動(dòng)化控制系統(tǒng)由七套西門(mén)子S7系列PLC控制器和三臺(tái)監(jiān)控站組成。

鑄流(四流)系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、出坯系統(tǒng)各自一套獨(dú)立的S7-400 PLC，配水系統(tǒng)一套S7-300 PLC，通訊網(wǎng)絡(luò)采用Sinec H1高速以太網(wǎng)絡(luò)。利用H1網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展連接到熱送輥道控制系統(tǒng)。

S7系列PLC的CPU具有高速的數(shù)據(jù)處理能力和邏輯運(yùn)算能力，而且擁有梯形圖、語(yǔ)句表和流程圖三種編程語(yǔ)言和可視化窗口界面，易于使用，方便靈活。

所選用的模板類(lèi)型如下:
(1) 數(shù)字量輸入(DI)/輸出(DO)模板
DI模板選用DC24×32，DO模板選用DC24V×32， 用于控制鑄機(jī)在線及離線設(shè)備，使用I/O點(diǎn)數(shù)總和為 1100點(diǎn)。
(2) 模擬量輸入(AI)/輸出(AO)模板
AI模板可自由組態(tài)為各類(lèi)信號(hào)輸入，AO信號(hào)為 4-20mA主要用于結(jié)晶器。拉矯機(jī)速度給定及剪前輥道的速度給定，反饋以及各儀表顯示等功能，設(shè)定工藝參數(shù)，檢測(cè)及監(jiān)控等。
(3) 中央處理器和通訊處理器
S7-400中央處理器為CPU413，S7-300為CPU315，控制程序的執(zhí)行、運(yùn)算和儲(chǔ)存，通訊處理器為CP443以太網(wǎng)處理器，用于網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)通訊從而分擔(dān)CPU的通訊負(fù)擔(dān)，通過(guò)CP443與熱送輥道及連鑄機(jī)本地PLC和監(jiān)控站進(jìn)行通訊。
(4) 監(jiān)控站
監(jiān)控系統(tǒng)由3臺(tái)PⅢ800工控機(jī)及相應(yīng)的Sinec H1網(wǎng)卡組成。其中2臺(tái)主要用于監(jiān)控鑄機(jī)生產(chǎn)在線設(shè)備系統(tǒng)，另1臺(tái)監(jiān)控配水系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)置，水量及各有關(guān)參數(shù)。

由于鑄機(jī)每一流的控制設(shè)備和控制時(shí)序相同，因此其硬件配置也都一樣。

3 計(jì)算機(jī)控制功能
從用戶軟件功能上看軟件可分為四大部分:設(shè)備控制功能、程序通訊處理功能、鑄坯數(shù)據(jù)管理程序、監(jiān)控和故障報(bào)警程序, 而控制功能又包括公用設(shè)備的連鎖啟停, 流系統(tǒng)的設(shè)備聯(lián)鎖控制及出坯系統(tǒng)聯(lián)鎖控制以及二冷段配水控制。

3.1 公用系統(tǒng)的控制
主要完成中間罐車(chē)自動(dòng)定位和大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)定位，剪機(jī)液壓站的自動(dòng)控制以及蒸汽風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制。

3.2 鑄流系統(tǒng)的控制
(1) 液壓剪定尺切割;
(2) 結(jié)晶器.拉矯機(jī)變頻調(diào)速控制;
(3) 送引錠/脫引錠控制;
(4) 剪切液壓站的自動(dòng)控制。
剪機(jī)液壓站油泵的自動(dòng)控制,故障切換,油壓控制。

3.3 出坯系統(tǒng)
完成推鋼機(jī)的自動(dòng)推鋼控制以及翻鋼冷床的自動(dòng)控制和冷床液壓站的控制以及其他在線設(shè)備的聯(lián)鎖控制。

3.4 二冷段冷卻水控制
完成鑄坯的二次水冷卻，經(jīng)過(guò)二次冷卻水的冷卻后，使鑄坯完全固化。

3.5 連鑄機(jī)與熱送輥道的數(shù)據(jù)通訊
該通訊的建立不僅實(shí)現(xiàn)了連鑄機(jī)的熱裝熱送功能，而且也能夠進(jìn)行鑄坯的跟蹤，從而保證每一支鋼坯的各成分參數(shù)準(zhǔn)確無(wú)誤和生產(chǎn)鋼坯的總數(shù)。

3.6 控制軟件
整個(gè)連鑄機(jī)生產(chǎn)控制的軟件采用STEP7完成，具體內(nèi)容如下:
(1) 確定模板的槽位以及各個(gè)模塊的I/O地址
編程的首要工作是對(duì)PLC的硬件配置，確定各個(gè)模板在S7-400站中的位置，對(duì)I/O模板分配地址，并確定以太網(wǎng)地址，以及網(wǎng)站間通訊作業(yè)的定義。

(2) 編制梯形圖以及語(yǔ)句表程序，完成各種設(shè)備的控制
a) 采用模塊化思想，將每套設(shè)備的動(dòng)作情況以及有一定獨(dú)立性的動(dòng)作順序編寫(xiě)在獨(dú)立的程序塊或功能塊中，由組織塊調(diào)用這些塊。這樣便于查找故障，也能了解設(shè)備的功能情況。
b) 可用梯形圖完成開(kāi)關(guān)量的動(dòng)作，用語(yǔ)句表完成拉矯機(jī)變頻器和結(jié)晶器振動(dòng)變頻器的動(dòng)作。

(3) 操作界面組態(tài)設(shè)計(jì)
根據(jù)工藝要求編制工藝畫(huà)面，包括各設(shè)備的畫(huà)面，對(duì)主要數(shù)據(jù):拉矯機(jī)的給定速度、實(shí)際速度、給水量等歷史趨勢(shì)，完成對(duì)各個(gè)設(shè)備的操作運(yùn)行情況的監(jiān)控，以便出現(xiàn)故障后能快速查找故障發(fā)生的時(shí)間，以及故障的原因。