杭钢80t电炉连铸控制系统

1．概况
杭钢80t电炉工程是杭钢集团近年来投资引进的zui大一个项目，耗资7亿元人民币。直流电弧炉引自法国克莱西姆（Cleicm），短流程高速连铸机引自奥钢联（VAI），经国内配套和改造，于1999年4月正式投产。设备运行二年，年产钢量逾50万吨，主要指标已进入全国同行前6名。
该生产线的基本流程如下：初炼炉将废钢冶炼成合格钢水后，送至精炼炉进行温度、成分的调整，然后将合格钢水送至连铸机。钢水经中间罐到结晶器，在结晶器内进行一次冷却，再经扇型段二次冷却，形成150或200方坯，火切机定尺切割。合格产品外送相关分厂（公司）进行深加工。
连铸相关控制参数见表1
电炉连铸自动化控制系统分为一级和二级控制系统。一级控制系统为基础自动化级，直接参与生产过程的检测和控制，完成设备的顺序控制和连续控制。该系统由德国西门子（SIEMENS） S5-155U决策过程管理系统组成，其功能如下：
1）数据的采样，如结晶器液位的检测，钢包、中间罐称重信号反馈，水冷系统一次仪表信号反馈等；
2）逻辑控制，如准备浇铸、送引锭杆、开浇、浇铸中、浇铸结束等；
3）信号检测，如位置信号的检测等；
4）数据处理及通讯，如模数转换、PLC通讯等。
二级控制系统为过程控制级，制定和协调生产计划，收集生产中的各种数据，并按一定方法加以处理后进行数学模型计算，向基础自动化系统发出设定值实现生产过程的控制和管理。该系统由DEC公司的1台ALPHA服务器及多个终端构成。其主要功能包括：
1）数据的传送,如连铸（CCM）与精炼炉（LF）及化验室（光谱室）之间的数据交换等；
2）报表系统；
3）铸机状态跟踪；
4）对模型的控制，如二冷喷淋水、结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌、尾坯优化切割、数据库的管理等。
基础级自动化系统与二级过程计算机控制系统通过网络相联。主控室人机接口MMI共4台，一级、二级各2台，主操人员可直接在MMI上通过操作画面来控制生产。

2 基础自动化系统的构成及功能
2．1 系统构成
人机接口采用基于Inter Pentium Ⅱ处理器的工业PC机，配置WIN98操作系统，SIEMENS S5 及FACTORY LINKECS 应用软件，使用方便，画面形象生动，便于调试。与上位机通讯由RS232接口及4~20mA电流环接口来实现。
2.2 主要功能
2.2.1 中间罐钢水液位控制系统
钢水液位控制系统总体上来说可划为3块，即中间罐塞棒控制子系统、结晶器液位控制子系统、大包滑动水口控制子系统。这3块相互独立，自成系统，其结构组成见图1。
为保持流入结晶器内的钢水流动平稳，采用中间罐称重系统控制钢水重量来控制其液位。每个中间罐车上设置4个称重传感器，精度0.5‰，称量范围为0~50t。称量信号经称重处理器变换成毛重信号后送给基础自动化系统，然后进行去皮。去皮分自动去皮和手工去皮两种方式，去皮需在大包滑动水口（LSG）打开之前进行，否则去皮无效，一级MMI画面上将不显示中包重量。大包滑动水口的自动控制系统由于接收不到中间罐的重量变化无法自动开启而只能手动操作，手动操作则劳动强度大。

2.2.2 结晶器液位控制子系统
2.2.2.1原理、构成及特点
结晶器液位控制子系统采用美国伯托（EG&G BERTHOLD）公司制造的LB352结晶器液位测量仪。该测量仪由CO-60放射源，带水冷装置的闪烁探测器LB 6639W，结晶器液面测量记录仪LB352及中间接线盒等组成。采用非接触式测量原理，闪烁探测器把接收到的Co-60射线（γ射线）的强度变化转化成钢水液面高度变化。并送给塞棒液压缸的伺服阀，控制液压缸塞棒的动作，以此调节中间罐流入结晶器钢水量，控制结晶器中钢水液面高度。伯托LB352结晶器液位测量仪测量的是钢水的真实液位，量程100mm~200mm，精度为满量程的±（2~3）%（正常的统计涨落除外），长期稳定率为辐射强度±1%。安装方式为外装式，带屏蔽的放射源装置紧靠在结晶器水冷夹套的外边。屏蔽铅罐在结晶器上盖的下面，能以手动方式开启或关闭射源，闪烁探测器位于水冷夹套外面的另一侧，配水冷套。
该系统具有以下几方面优点:
1）控制精度高，液面波动小，有助于保证铸坯的表面质量，减少溢钢漏钢事故。该系统与控制器、执行机构联用调节定程杆、滑板，可以实现浇铸过程的自动控制。在连铸主控室配有一级计算机画面，对结晶器液位的设定值、实际值、拉速及塞棒的实际位置（开度，用百分度表示）等变量都有跟踪记录（曲线）和显示。依据这些跟踪曲线可以判断是否有结水口现象。
2）可靠性高。采用非接触式测量原理测量钢水位，不受温度、灰尘、烟雾、液面性质及操作人员除渣过程差异的影响。
3）坚固耐用。由于各组成部分均装于结晶器上盖的下面，所以即使钢水外溢也不会损坏伯托系统。探测器的尺寸很小，很容易保护，受温度、电磁场及机械方面的影响小。
4）安全性好。伯托系统的辐射强度很低，放射源的强度一般为40~700MBq,如此低的辐射强度是由于LB352闪烁探测器灵敏度高。操作和维修人员在伯托系统周围工作时，不需佩带胸章剂量计及采取其他防护设施。
5）使用和维修方便
仪表内部参数一经调试好，输入后就能确保系统的正常运行。为避免误操作，可以用密码锁定。该系统专用PLC（带微处理器系统的Eurocard卡）与基础自动化系统的PLC之间通过点对点通讯，操作工只需操作仪表面板上的校空、校满按钮就能完成校空校满工作。只有在换铸坯断面时需要同时完成校空、校满工作，平时只需要校空。
每一次合上开关，结晶器液位控制系统都会做系统自检，一旦有误，仪表屏上就会显示故障信息。
“ERROR 5”探头故障在生产实践中出现比较多，主要由信号电缆因高温，机械创伤、进水等原因造成。其电缆故障一般容易检查到，常见现象为断线、屏蔽层受损或屏蔽层接触不好。如果怀疑探头有故障，可用以下两种方法来判断：
1）快速判断。如液位读数稳定并在20%~80%（实际生产时一般在80%附近，系统设定值为80%）范围内，说明探头性能良好；
2）准确判断。通过测绘探头的坪特性曲线进行判断。调整仪表后面板上的H.V.-ADJ微动电位器（按+/-0.2V~+/-0.25V的幅度来调整），观察仪表面板上读数是否稳定，稳定说明探头是好的，不稳定则说明探头有故障（工作电压被抬高或光电倍增管已损坏）。
2．2．3 结晶器振动控制
结晶器振动频率为1.17Hz~4Hz,振幅6~12mm。振动频率f的设置参数由过程控制系统根据下列公式计算得出：
f=K× VG ×1000/2×S
式中: f--振动频率 K--补偿系数（1.2~1.5）
VG--浇铸速度 S--振幅
振动控制方式分为自动控制方式与手动控制方式，在自动模式下开浇时，振动装置随拉矫机拉速变化而起振；在手动模式下主操人员可以在主控室MMI上根据相应的画面，选择存储在电脑里的振动曲线，使之按某一合适曲线振动。
2．2．4 引锭杆及铸坯跟踪

引锭杆及铸坯跟踪是由安装在夹送辊上的编码器（PG）来实现的，在装引锭杆时或浇铸时，PG根据引锭杆头的位置控制夹送辊的压下状态。出尾坯时，通过PG来进行尾坯跟踪，按坯尾的位置自动依次停止夹送辊、关闭扇形段二冷水，改变夹送辊的压下状态。

2．2．5电磁搅拌
采用了ABB的结晶器电磁搅拌及末端电磁搅拌技术。限于篇幅，只简单介绍结晶器电磁搅拌。其系统配置见图2。操作人员可在一级计算机画面上根据不同的钢种和拉速选择适宜的搅拌参数来控制搅拌强度。
2．2．6 一冷水控制
结晶器一冷水流量保证在2200L/min。一旦意外断水，流量开关将检测到的信号发送给PLC，在一级计算机画面上产生报警信号,通知操作人员停浇,同时指令打开一冷水事故水阀,以防因断水烧毁结晶器冷却铜管。
2．2．7 二冷水控制
为保证铸坯以一定的规律缓慢凝固降温，二冷区采用水喷雾冷却方式。二冷水系统共分为4个区，每区设置一个电磁-气动切断阀，每*又配以独立的电磁-气动截止阀。计算机根据铸坯冷却的实际情况自动控制二冷水量。计算机连铸专家系统（CAQC）内所存二冷水流量控制曲线可分为4种：弱冷（SOFT），中冷（MEDIUM），强冷（HARD）和特强冷（HARD HARD）。整个二冷区自上而下，冷却强度由强到弱。二冷水的流量采用科尼隆（Krohne）IFC 010D智能型电磁流量计进行检测。在实际生产中，只需将钢种，断面，拉速等参数输入计算机，即可在数据库中找出合适的二冷水控制曲线，对二冷段各区进行流量控制，同时把各调节阀及切断阀的工作状态及电磁流量计反馈的4~20mA信号送给一级PLC，在MMI上显示出相关信息。
3 过程计算机系统的构成及功能
3.1硬件及软件构成
3．1．1硬件
服务器型号 DEC ALPHA SERVER 1000
内存 128MSDRAM 硬盘 2×2.1GB
光驱 600Mb 磁带机 TZ 87
通讯接口以太网控制器
3．1．2 基本软件
操作系统 OPEN VMC V6.02
数据存贮系统 ORACLE V7.0
程序设计语言 C, C++, VB
个人计算机（PC机） WINDOWS NT操作系统
3.2 功能
1）生产过程的监视和控制；
2）尾坯优化切割处理。根据中间罐车所剩的钢水重量，计算每流铸坯合理切割长度并提供停浇的zui佳点位置；
3）二冷配水的设定。根据钢种、温度和拉速，找出相应库中的经验值送给 PLC去执行；
4）连铸生产数据的处理及历史数据的存贮；
5）与冶炼过程计算机、分析中心计算机（化验室）之间的通讯以及与结晶器液面控制、结晶器电磁搅、打号机、火切机、末端电磁搅拌等子系统之间的通讯；
6）各种报表的处理。
3．3 控制功能组成
连铸过程计算机不仅具有铸机本体的控制功能，而且融入了管理功能，其主要功能如下：
1）给出相关钢种的冶金数据；
2）建立生产过程中的质量判定模型；
3）处理生产计划，打印生产报表；
4）给定切割长度；
5）给定铸坯打印批号；
6）给定二冷水设定值；
4 结束语
杭钢昌兴电炉连铸机控制系统运行可靠，具有硬件结构合理、网络数据传送效率高、软硬件资源共享率高等特点。其控制功能先进安全，操作方便。电炉投产两年来已取得较好的经济效益。