板坯连铸机软压下控制系统的研究与应用

柴智彬

摘 要：本文介绍了板坯连铸机ASTC软压下的工艺，并在此基础上阐述了板坯连铸机软压下的控制方案及控制系统集成网络架构的解决方案，详述了其控制系统的设计特点和工作原理。

关键词：软压下；控制系统；ASTC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.035

0 引言

连铸机软压下技术是控制坯子液体流动凝结、缓解坯子中间偏析程度的一项特殊方法，在提高坯子整体质量、促进铸机产量效益和优化后面轧机生产过程等方面具有特别明显的先进性。铸机拉矫机控制辊（包括自由辊和驱动辊）夹缝距离的控制技术，可实现压下辊的冷热压和夹缝的自动控制，还有二级模型精确追踪坯子的冷、热态的实际状态，来实现对坯子凝固节点的实时软压下。

1 铸机ASTC软压工艺设备

（1）软压下工艺。我们讲的ASTC就是通过追踪钢液中心且精准确定核心区域的基准控制自由棍和驱动辊的压下位置，从结晶器方向压挤化学成分超标的钢水芯，让钢液相对流动，在钢坯里再次调配，来起到降低坯子内部偏析和降低密度的目的。另外，也能通过补偿沿坯子核心线因凝结造成的缩孔和空间，从接近钢水芯凝固末端的地方，通过调节铸坯厚度去实现软压下过程。

（2）软压下设备。ASTC扇形段压下辊缝调节技术，会达到扇型段辊缝的自动调节。使用在板坯连铸机曲形扇形段、拉直扇形段和平面扇形段使用带有液压辊缝调节技术的扇形段，并辅以随时调节作用的二冷模型精确追踪坯子的冷热调节进程，再利用所开发的软压下模型，从而对铸坯凝固终点的即时软压下。

ASTC软压下具有液压辊缝控制技术的扇形段，其液压系统由四个液压缸构成。为了实现精确定位，每一个液压缸配备一个能够高速响应电磁阀，液压缸运动速度的降低是靠一个直径为0.8mm的阻尼孔完成的。液压缸的运动速度约1mm/S电磁阀有三个位置，通过控制阀芯的不同位置来完成辊缝增加、减小和保持的动作。

同时，每一个液压缸配备一个内置的磁致伸缩式的位置传感器，它的线性和绝对位置可达到5μm的精度，其主要功能就是通过采集每个液压缸位移值来计算出，扇型段四个点（四个角）的辊缝值。

2 ASTC软压下控制系统

（1）工作原理。在位置调节状态下，调节系统选用SSI数据传输协议实现对位移传感器的数据收集，用频繁的采样周期将液压缸里的高精度位移传感器实测到的活塞杆位移即驱动辊及自由棍压下实际位置发送到系统PLC内，再和由1级画面显示或2级模型机传发的辊缝设定值对比，即时算出位移偏差，使用特定的控制算法算出需要调节量，传出控制信号通过比例放大板放大后，以调节比例减压阀的阀芯动作，要压力控制在制定范围内，从而控制驱动辊和自由辊液压缸的位置达到设定值。

（2）扇形段软压下电气控制系统的构成。根据生产工艺特点，扇形段软压下控制系统主要由二级计算机系统和一级自动化系统构成。

1）扇形段软压下二级计算机系统。二级计算机通过动态二冷模型准确跟踪铸坯的凝固进程和液芯位置，并根据计算出的液芯位置决定实施动态软压下的压下区间，即决定具体实施软压下的扇型段。

2） 扇形段软压下一级自动化系统。一级自动化由HMI计算机和PLC系统构成，扇型段辊缝的实时数据和历史趋势可在HMI画面显示，HMI画面上也可完成静态辊缝控制、辊缝校准和强制压下等操作，使软压下系统的操作更加灵活、简便。

PLC系统由PLC主站、一个控制电磁阀输出的远程控制柜和一个采集辊缝位移传感器数据的远程控制柜组成。

扇形段软压下一级自动化系统采用SIEMENS S7-400 PLC系統，S7-400 PLC主站的硬件单元是由cp模块、机架本体、CPU模块、DI/DO模块、AO/AI模块、以Ethernet模块等构成，和另外的PLC和二级计算机之间通过Ethernet通讯连接。操作电磁阀输出的就地操作柜硬件连接采用ET200M系列，由电源模块、本体机架、DP网通讯模块、DI模块（带继电器输出）等组成。采集辊缝位移传感器数据的远程控制柜硬件单元采用ET200S系列，由CP模块、本体机架、DP通讯模块、位置输入模块（SSI接口）等构成。主站与远程柜之间采用Profibus-DP通讯方式。

扇形段软压下一级自动化系统采用SIEMENS S7-400 PLC系统，其特点是以CPU为核心，将电气传动和逻辑控制、自动检测和控制、数据运算和处理紧密的融合起来，含有众多的软件资源的高科技工业自动化控制器。该软件优点是使用继电器调节控制的梯形图语言或另外的计算机语言，用程序逻辑控制来取代实线联接控制，来实现软件控制的目的，具有极高的可靠性。

（3）一级自动化系统主要功能。扇形段软压下控制系统有自动和调试两种控制方式。在自动方式下，首先由二级计算机或HMI画面发送每一个扇型段的辊缝设定值，PLC比较设定值和实际值来控制电磁阀得失电；在调试模式下，工艺人员在电脑控制画面或远程控制屏上下达设备动作指令，使PLC执行。其功能主要有：1）现场设备状态及液压缸位移传感器的数据采集与计算。2）通过以太网通讯接收来自二级计算机或HMI画面的数据，包括辊缝的设定值和电磁阀的动作命令。3）实现辊缝控制规则：每10ms通过辊缝传感器的位置值计算出辊缝的实际值。用这些实际值与设定值作比较。如果偏差超出了偏差范围，重新定位将开始。向液压缸的电磁阀将发出上升或下降指令，实现辊缝控制。4）故障判断，向二级计算机或HMI画面发送报警数据。

3 结束语

连铸的扇形段软压下技术在提高坯子整体质量、促进铸机产量效益和优化后面轧机生产过程等方面具有特别明显的先进性和独特优越性。随着电液传动技术的发展及其在连铸中的不断应用，软压下技术在连铸中的应用必将是一种势不可挡的趋势。

参考文献：

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