板坯连铸机电气控制系统简介
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２００６年第１期 总第９期 重工与起重技术 ＨＥＡＶＹ ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ＆ＨＯＩＳＴＩＮＧ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ Ｎｏ．１ ２００６ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．９
板坯连铸机电气控制系统简介
ｌ 概述 大连重工・起重集团有限公司电控装备厂 岳远志
摘要：介绍了板坯连铸机的控制结构及实现的功能，研究了连铸机的网络结构与控制方法，提出 具有代表性的一种控制思想。
关键词；板坯连铸机；西门子ＰＬＣ； Ｗｉｎｃｅ； 工业自动控制
根据某板坯连铸项目的工艺条件和设备要求，
该板坯连铸机三电系统的设计要遵循技术先进、性 能可靠、操作简单及维护方便的原则。在ＰＬＣ系统
的网络通讯、信息处理及系统控制方面，设计为电
仪合一的综合自动控制系统，使三电系统更加紧
凑、简单，大大提高整体系统运行的可靠性，同时预
留系统与ＬＦ炉、转炉和中宽带轧机的网络通讯能
力。
２ 控制水平
整体三电系统设计为基础自动化级控制 （ＬＥＶＥＬ１）和过程控制级（ＬＥＶＥＬ２）。
２．１ 基础自动化级
主要完成设备的顺序控制、自动位置控制、速
度控制、热工艺参数控制以及各种操作界面和数据 采集等任务。基础自动化级主要完成功能如下：
（１）实现连铸机主体设备的程序控制、时序控
制和位置控制；
（２）各种现场数据和信号的采集；
（３）实现各种信号联锁和保护；
（４）完成各种驱动控制；
（５）故障报警及打印。
２．２过程控制级
连铸区过程控制采用计算机系统并配备相应
的应用软件，主要完成以下功能： （１）根据生产作业计划预设相应数学模型，确
一１６一 定连铸机的作业程序，并下达给基础自动化级；
（２）结晶器振动模型；
（３）与其他系统进行数据信息交换；
（４）拉坯速度的优化；
（５）板坯跟踪；
（６）二冷水动态数学模型；
（７）记录和报表。 下面通过几个例子，阐述以上具体功能的内容
及实现情况。
ａ拉坯速度的优化
通过二级计算机对拉坯速度的优化计算可获
取最佳的生产率，拉坯速度可以是一个速度的上下
限，其确定因素为：钢种、中间包钢水温度、大包钢
水温度、重量及铸坯尺寸。
其软件功能原理见图１。
来自一级 控制系统
的相芙信号 铡种没矗三表
拉坯速度设定值至一级系统
围１ 拉坯速度优化控制模型 如果中间包钢水温度或重量偏离了最佳值，则
原有的拉坯速度将改变。在此条件下更适用的设定 值将被计算出，并传送到一级系统。
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ｂ二次冷却模型
二冷模式及二冷水表由某一速度下连铸机各
冷却段的最优冷却值构成，此模式连续调节现有的
每个冷却段的冷却水流量并根据结晶器情况对设
定值进行修正。
其软件功能原理见图２。
来自一级
控制系统
的相关信号 二冷水水表
二冷水设定值呈一缎系统
图２ 二冷水优化控制模型 钢水的结晶由冷却水量决定，根据二冷水的冷
却特点将铸流分为多个冷却段。针对每一个冷却
段，按冷却模型计算出不同的冷却水量，以获得正
确的水量。二级系统的二冷水优化功能其结果是可
获得均匀的坯壳厚度并使表面损伤极小化。
ｃ记录和报表
报表内容包括：
・浇铸开始的时间和日期；
・铸流的已拉铸坯长度（第一个大包时置０）；
・铸流启铸的时间和日期；
・拉速的历史记录。
３系统配置
该连铸机按二级过程控制级考虑设计成三电一
体模式。监控层为工业以太网，用于信息数据的交
换，控制层采用工业总线方式，既提高信息数据的传
输速度，又保证系统控制及传动的运行可靠性。
３．１ 主要元件的选型及供电
本套连铸机选用３套西门子ＰＬＣ，变频传动部
分采用西门子６ＥＳ７０系列的变频器。根据工艺及设
备构成情况，该连铸机的在线设备总装机容量约为
１０００ｋＷ。设计进线电源为二路三相四线制３８０Ｖ， ５０Ｈｚ（有单独的接地极）。
以下为各主要用电设备的电压等级：
ＰＬＣ电源 ＡＣ２２０Ｖ
ＰＬＣ输入信号ＤＣ２４Ｖ
ＰＬＣ信号输出ＤＣ２４Ｖ（驱动信号灯）
非调速电动机 ＡＣ３８０Ｖ
电磁阀ＤＣ２４Ｖ，ＡＣ２２０Ｖ
信号灯ＤＣ２４Ｖ
检修电源 ＡＣ２２０Ｖ，ＡＣ３８０Ｖ
变频器输入电源 ＡＣ３８０Ｖ 空调器和通风扇 ３８０Ｖ／２２０Ｖ
柜内照明 ２２０Ｖ
通讯装置 ２２０Ｖ
３．２ 各主要设备传动方案
考虑到连铸机的生产情况及工作环境条件，同
时，为了节能并方便维护等，连铸机的所有传动均
采用交流变频传动控制，其控制方式可分为以下两
种，即矢量开环控制和矢量闭环控制。
（１）矢量开环控制
ａ钢包回转台回转驱动电机；
ｂ辊道台车驱动电机。
（２）矢量闭环控制
ａ结晶器振动电机；
ｂ扇形段驱动电机。
变频器选用西门子产品，每台变频器配有工业
总线通讯板和制动单元、制动电阻、（进、出）线电抗
器等。电缆采用变频器专用电缆。 变频装置符合ＩＥＣ、ＤＩＮ、ＶＤＥ标准。逆变器功
率单元为ＩＧＢＴ，基于ＰＷＭ（脉宽调制）控制原理，变
频器具有自诊断、各种保护、电机参数自适应及通讯
等功能。装置过载能力为其额定电流的１．３６倍。
３．３ 整机操作
平台上设置主操作室，以实现对全连铸机的总
体生产、组织管理和平台上部分设备的操作。该室
还布置了监控上位机，以实现对这些设备的检测、
操作和显示，完成其过程控制和生产管理功能，并
对整个系统进行组态。
悬挂操作箱设在平台的浇钢位置，以便生产时
操作，操作箱内设有远程分站。
一
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每流切割区各设置一个操作室，操作室内设有
操作台，可显示切割区检测元件的状态，并对切割 区的设备进行操作。操作台内设有远程分站。
在钢包回转台平台、中间罐车、预热站及液压
站等区域，根据工艺布置和操作需要设置了机旁操
作箱。 ３．４ 三电自动化
连铸机的基础自动化控制是集电气、仪表及计 算机于一体的系统，主控制器均由可编程序控制器
担当。该系统的特点是操作监视集中、控制分散，基
础自动化控制的ＰＬＣ按工艺流程设置，不但可获得 良好的实时响应，而且提高了系统的可靠性。操作 监视系统主要由工业计算机ＨＭＩ来完成。ＨＭＩ放置
在操作室内，便于集中监视、操作和管理。通过高速
数据通道进行信息控制和数据的收集；通过高速数 据通道使各ＰＬＣ之间、各ＨＭＩ之间以及ＰＬＣ和
ＨＭＩ之间均可迅速方便地进行数据交换；通过高速
数据通道可使ＰＬＣ和ＨＭＩ之间直接通信，即整个自
动控制系统构成了一个全集成自动化控制系统。
该控制通过上位计算机根据不同钢种和不同
等级的铸坯截面工艺条件确定的参数传输给ＰＬＣ， 由ＰＬＣ进行数学计算并完成ＰＩＤ控制输出。ＰＬＣ内
的数值计算数学模型为二次函数，与之有关的因素
有：钢种、铸坯断面、回路及其他。 ３．５ 可编程序控制器（ＰＬＣ）
３．５．１ ＰＬＣ的设置
自动控制系统的设计原则是采用可靠性高、控 制功能强及经济效益好的控制装置，因此控制系统 的设计采用ＰＬＣ装置。 该连铸机系统设置了３台ＰＬＣ。其中１台用于
铸机公用设备及仪表系统控制；另２台用于铸机铸
流设备及仪表的控制。设计Ｉ／Ｏ冗余点数为１５％。 ３．５．２ ＰＬＣ的主要控制功能分配
（１）公共部分
ａ钢包回转台旋转（只是控制部分、不含滑环和 称重）；
ｂ钢包盖旋转、升降控制；
ｃ中间罐车控制； ｄ主液压系统动力装置。 （２）铸流部分
一ｌ８一 ａ结晶器振动控制；
ｂ辊道驱动控制； ｃ弧形段、矫直段、水平段铸坯导向装置的液压
控制；
ｄ铸坯和引锭杆跟踪系统控制；
ｅ切割前、下辊道控制；
ｆ引锭杆存放辊道控制； ｇ二冷室排气风机控制。
３．６ 控制模式 各设定值及控制信号的给定方式有以下两种
控制模式： （１）计算机控制模式
对各装置的设定值及控制信号均由上位机通
过主干控制装置给定的模式。 （２）电气控制模式
由于某种原因计算机未能给出设定值时。由电
气系统本身的设定装置进行各种设定的模式。 ３．７ ＨＭＩ主要功能 铸机整个工艺过程的操作、工作和选择、动态
画面显示、故障报警及二冷水数学模型等，均通过 布置在主控室的ＨＭＩ来完成。动画硬件及组态软件
系统均考虑了除满足用户要求外，还有足够的扩充 容量。动态画面主要显示连铸机整机的检测仪表开 关执行机构的状态；集中手动操作顺序画面自动翻
转及提示画面，一系列操作设定画面、运行状态画
面的故障报警画面；趋势曲线、历史数据及历史画
面的记录等。
４ 结束语
该自控系统综合集成了西门子公司ＰＬＣ网络
结构、ＷｉｎＣＣ的画面监控技术和网络通讯技术，实 现了板坯连铸机基础自动化与过程自动化控制，完
成了连铸机生产现场设备的自动连锁控制，介质参
数的检测调节，数据的通讯处理，故障报警诊断以
及生产状况在线监控等功能。经过一年多的运行验
证，该系统安全、稳定可靠，不但提高了生产率，而 且改善了工作环境，为生产的顺利进行提供了可靠
保证，取得了较好的经济效益。
（下转第１３页）
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