Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)在高效方坯連鑄機控制系統中的應用

2.鋼水稱(chēng)量系統

大包和中間包稱(chēng)重裝置采用德國Schenck公司產(chǎn)品，其稱(chēng)重梁式傳感器DWB具有安裝、維護方便的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其內置的溫度檢測元件還可給系統提供稱(chēng)重傳感器的實(shí)時(shí)工作溫度。大包每側回轉臂和中間包均配置了4個(gè)傳感器，測量信號經(jīng)控制器DISOMAT-S處理后，通過(guò)控制器自帶的Profibus-DP接口，將鋼水重量信號由DP總線(xiàn)傳輸至PLC，PLC則以BCD碼的形式將重量信號傳輸給大屏幕進(jìn)行顯示。稱(chēng)重控制器具有去皮、參數設定、校驗等功能。

3.結晶器液面自動(dòng)檢測及塞棒控制系統

結晶器液面采用全色137（Cs137）液面檢測裝置，與直流伺服電動(dòng)機塞棒執行機構組成閉路自動(dòng)控制系統，根據液面波動(dòng)情況自動(dòng)調節塞棒開(kāi)口度，從而控制流入結晶器內的鋼水量，穩定澆注操作。結晶器液壓振動(dòng)裝置采用仿弧精確度高、維護量小、使用壽命長(cháng)的全液壓板簧導向振動(dòng)器，其線(xiàn)性及非線(xiàn)性振動(dòng)曲線(xiàn)、頻率、振幅實(shí)時(shí)在線(xiàn)可調，以適應高拉速和高鑄坯表面質(zhì)量的要求?？刂葡到y采用西門(mén)子C7633DP的PLC，通過(guò)DP總線(xiàn)與主PLC通信。

4.二冷水動(dòng)態(tài)控制系統

a.控制原理

連鑄機二冷區是連鑄坯冷卻唯一可控制的區域，二冷區配水數學(xué)模型采用鑄坯表面溫度控制法實(shí)施冷卻水量分布與動(dòng)態(tài)控制，保證在任一澆注條件下，使冷卻水量隨拉速連續變化，且水量沿拉速方向按最佳狀態(tài)分布，以控制鑄坯表面溫度符合目標溫度。

當輸入工藝及介質(zhì)參數、各鋼種的熱物性參數及計算條件、設備及鑄坯參數后，通過(guò)計算，可得到各段的水流密度、表面溫度、凝固殼厚度、液相穴深度和水量參數。根據鑄坯表面目標溫度分布和數學(xué)模型計算，在其他因素確定的條件下，確定二冷區各段冷卻水量Qi與鑄坯拉速V的關(guān)系為：

Qi=aiV2+biV+Ci（i=1,…,12）式中，ai、bi、ci——由鋼種和鑄坯斷面尺寸等各項因素所確定的系數，i——冷卻回路序號。

二冷配水數學(xué)模型設置在上位機里，根據鋼種、斷面尺寸等輸入參數進(jìn)行計算，經(jīng)數學(xué)模型運算得到的各回路配水參數ai、bi、ci傳送至PLC控制器，由PLC通過(guò)DP總線(xiàn)將各回路配水參數傳至現場(chǎng)總線(xiàn)控制器進(jìn)行配水的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制。

b.過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)配置

儀控系統全部通過(guò)Profibus-PA現場(chǎng)總線(xiàn)方式完成檢測與控制。Profibus是國際現場(chǎng)總線(xiàn)標準IEC61158的8個(gè)子集之一，其通信模型為7層結構，協(xié)議包括3種規格：Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA。其中Profibus-FMS屬于系統總線(xiàn)，主要應用于車(chē)間級網(wǎng)絡(luò )監控，物理結構為RS485，傳輸速率為9.6kb/s～12Mb/s。Profibus-DP屬于設備總線(xiàn)，主要應用于復雜現場(chǎng)設備和分布式I/O，物理結構為RS-485，傳輸速率為9.6kb/s～12Mb/s。Profibus-PA也屬于設備總線(xiàn)，主要應用于兩線(xiàn)制供電和本安的過(guò)程控制儀表，傳輸速率為31.25kb/s，它在保持DP傳輸協(xié)議的同時(shí)，增加了對現場(chǎng)儀表的饋電功能，執行標準是IEC61158-2。

如附圖所示，公用部分的結晶器進(jìn)水總管的溫度、壓力、流量檢測儀表，二冷水總管的壓力、流量檢測儀表，以及結晶器進(jìn)水總管的流量控制閥，經(jīng)過(guò)DP/PA鏈接器與DP總線(xiàn)連接。雖然耦合器可以直接掛在DP總線(xiàn)上，但要占用一個(gè)DP地址，且無(wú)法擴充，而每個(gè)鏈接器可以擴充5個(gè)耦合器，并且在非防爆區每個(gè)耦合器最多可掛接30臺非防爆現場(chǎng)總線(xiàn)儀表，所以在平衡經(jīng)濟性和系統可擴充性的前提下，鑄流部分和公用部分均采用了一個(gè)鏈接器配一個(gè)耦合器的硬件配置模式。整個(gè)系統采用了Profibus-PA總線(xiàn)型拓撲結構，總共有7個(gè)鏈接器和7個(gè)耦合器，分別對應公用系統和六流鑄機的每一流。在這種模式下，PA總線(xiàn)上的智能總線(xiàn)儀表的地址編號將不受DP地址編號的限制，可以在相應的耦合器下任意編址，有利于總線(xiàn)設備的擴充和維護。

5.尾坯優(yōu)化切割控制系統

二級計算機根據中間罐自動(dòng)稱(chēng)量信號、定尺優(yōu)化模型和尾坯優(yōu)化切割模型，通過(guò)DP總線(xiàn)將控制參數下傳到出坯和火切遠程站，自動(dòng)對尾坯進(jìn)行優(yōu)化切割操作，提高鋼水收得率和成坯率。

三結束語(yǔ)

馬鋼第三煉鋼廠(chǎng)六機六流高效方坯連鑄機控制系統在實(shí)現“三電一體化”的基礎上，成功地將Profibus總線(xiàn)技術(shù)應用于生產(chǎn)全過(guò)程，提高了系統的控制水平和可靠性，同時(shí)降低了運行成本。由于采用Profibus-PA總線(xiàn)，節省了儀控系統的相關(guān)硬件費用，如I/O模塊、電源隔離器、控制柜、控制室方面的費用和施工布線(xiàn)的費用，與常規系統相比，僅儀控系統就比原概算節省30%的投資。另外，內嵌的過(guò)程設備管理軟件PDM，減少了所需其他軟件的種類(lèi)，也降低了相關(guān)軟件費用。尤為重要的是，由于現場(chǎng)總線(xiàn)儀表具有自診斷功能，因此，可以預先診斷和維護在線(xiàn)設備，提前排除故障，減少停機時(shí)間，提高了生產(chǎn)的安全性，同時(shí)大大降低了系統運行、維護費用，為整個(gè)高效連鑄機的安全順產(chǎn)提供了重要的技術(shù)保障。