马钢CSP连铸摆动剪头坯剪切控制系统的改造应用

韦文郁

（马钢第一钢轧总厂，安徽马鞍山 243000）

1 引言

摆动剪位于拉矫机与CSP 加热炉之间，用于剪切坯头、坯尾，并将铸坯剪切成成品卷重量所要求的铸坯长度。主要部件包括：固定框架、偏心轴、摆动框架、摆动缸、上下刀架、上下剪刃、压下辊、水平辊、传动装置、3 个入口辊、1 个出口辊。动作时摆动框架通过两个液压缸驱动与铸坯保持同步，传动装置由一台电机通过飞轮、液压离合器、液压制动器、减速机、齿轮联轴器带动偏心轴旋转完成铸坯剪切。

马钢CSP 连铸开浇后引锭头牵引铸坯向下运行，根据跟踪系统发出信号完成顶弯、拉矫进入摆动剪，摆动剪原有控制系统只能固定自动剪切3 块500mm 的头坯（1.5m）后铸坯进入加热炉。通常浇注供冷轧基料的C、D 级钢系列（如：SPHC、SPHD、MAF 等钢种）开浇第一块铸坯因钢水成分不理想导致铸坯的成份、质量都不好被作为次品，所以我们希望通过改造摆动剪控制系统实现当浇注SPHC、SPHD、MAF 等钢种时可以自动剪切8 块500mm 的头坯（4m）将成份不好的头部铸坯剪切掉以提高第一块铸坯的质量，而轧制电工钢（如：MGW1300、MGW800、MGW600 等）、热轧商品卷（如：HQ235、SS400、SPA-H、09CuPCrNi-A 等）系列钢种时仍剪切3 块500mm 的头坯，从而提高SPHC、SPHD、MAF 等钢种的品质和轧制成材率,提升马钢CSP 生产线的经济效益。

2 改造方案

首先设置两种剪切模式即当轧制冷轧基料的C、D 级钢系列时剪切8 块500mm 的头坯而轧制电工钢、热轧商品卷系列时仍然剪切3 块500mm 的头坯，由操作工在修改后的WINCC 画面上完成。具体操作如下：

2.1 剪切三块头坯

点开HMI 摆剪画面，在Head Cut Length 选择中将Head Cut No.1-3 设置为50 cm 其余选项设为零即可。

2.2 剪切八块头坯

点开HMI 摆剪画面，在Head Cut Length 选择中将Head Cut No.1-3 设置为50 cm 同时将Head Cut No.4-8 设置为51 cm 即可。

3 控制系统改造

图1 摆动剪简图

控制系统的改造包括PCS7 控制系统改造、WINCC 监控组态软件的修改。

3.1 PCS7控制系统改造

西门子SIMATIC PCS7 系统是典型的分布式控制系统（DCS），采用了流行的局域网编程控制器和现场总线技术。整个系统由大量的西门子硬件组件构成，包括自动化仪表、执行器、模拟式和数字式模块、通讯处理器、工程师站，以及操作站等。马钢CSP连铸采用的编程软件为STEP 7 编程软件。STEP7是用于对SIMATIC 可编程逻辑控制器进行组态和编程的标准软件包，是SIMATIC 工业软件的组成部分，具有硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断等功能。

我们按照制定的头坯剪切改造方案对STEP 7程序进行了仔细的研究和分析发现原有程序在剪切模块FC 1348 (LMS PENDULUM SHEAR) 中调用FC1645 并将WINCC 画面中设定的三块头坯剪切长度通过数据块DB654 赋值给FC1645 中定义的输入、输出变量，在FC1645 中完成头坯剪切动作。FC1645 在STEP 7 程序中被定义为被保护功能块无法对其内部语句表进行修改，所以我们决定重新编写FC1645 功能块以实现头坯剪切改造目标。

首先我们重新定义FC1645 模块输入、输出变量，设定了第1 块到第8 块头坯剪切长度的变量,如图2。其后我们根据改造要求编制头坯剪切程序，程序总体设计思路是先设置头坯剪切模式状态位和1到8 块头坯是否剪切的标志位并对其状态进行判断，再根据剪切动作信号依次读入1 到8 块头坯的剪切长度（操作方在HMI 设置）并对读入的剪切长度数值进行比较如输入数值为“0”则不进行剪切（以实现3 块头坯或8 块头坯的模式切换），然后将读入的剪切长度进行数据规格化处理写入设定剪切长度（#slen），完成头坯剪切后退出头坯剪切模式进入正常浇注剪切模式。

图2 第1块到第8块头坯剪切长度的变量图

模块FC1645 编制完成后，模块FC1348 对其调用的模块FC1645 进行更新操作后，重新对新增输入、输出变量进行赋值

3.2 WINCC监控组态软件的修改

西门子公司的WINCC 是 Windows Control Center（视窗控制中心）的简称。它集成了SCADA、组态、脚本语言和OPC 等先进技术为用户提供了Windows 操作系统环境下使用各种通用软件的功能，WINCC 运行于个人计算机环境下，可与各种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目，用户可在其友好的界面下组态、编程和数据管理，形成所需要的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面实时趋势曲线、历史趋势曲线。

首先对WINCC 操作画面进行了修改以下是修改前及修改后的操作界面如图3。

图3 修改前后操作界面

然后我们通过修改通讯协议确认了新增变量的地址，建立了新增标签变量与STEP7 中头坯剪切长度等变量的链接。使用C 语言进行编程以实现其对应的功能。

4 实际使用效果分析

摆动剪控制系统改造完成后我们分别在连铸A、B 两条连铸机上进行了模拟及热负荷试车，对摆动剪在两种剪切模式下的动作及WINCC 监控画面上数据输入、状态监控作了测试，动作正常，效果良好，达到了我们的设计要求。

下面是通过EDSA 数据采集系统（中央测量数据采集系统EDAS，支持不同信号记录，信号结构由DAQ 服务器管理并可用DAQ 组态软件修改）记录得到两种模式下摆动剪的动作如图4～5。

图4 剪切3块头坯模式

图5 剪切8块头坯模式

5 总结

经过一个月左右的使用，连铸操作方反映HMI画面操作方便，供冷轧基料的C、D 级钢系列（如：SPHC、SPHD、MAF 等）钢种轧制成材率明显提升，收到了很好效果。为我厂产品质量、经济效益的提升打下了坚实的基础。