西門子S7系列PLC在小方坯連鑄機中的應用

1 引言
進入21世紀以來，隨著連鑄機技術的不斷進步，使得冶金行業對連鑄的高效化也有了更高的要求。連鑄是緊湊型的控制，因此引入高性能計算機是提高產量和質量的必要條件。小方坯連鑄機主要為弧形漸進矯直型，鑄坯半徑R為8000mm，鑄機作業率可達65%~85%。本文以四機四流小方坯連鑄機為例介紹西門子S7 系列PLC在自動化控制方面的應用。

2 系統簡介
根據小方坯連鑄機生產工藝特點，該自動化控制系統由七套西門子S7系列PLC控制器和三臺監控站組成。

鑄流(四流)系統、公用系統、出坯系統各自一套獨立的S7-400 PLC，配水系統一套S7-300 PLC，通訊網絡采用Sinec H1高速以太網絡。利用H1網絡擴展連接到熱送輥道控制系統。

S7系列PLC的CPU具有高速的數據處理能力和邏輯運算能力，而且擁有梯形圖、語句表和流程圖三種編程語言和可視化窗口界面，易于使用，方便靈活。

所選用的模板類型如下:
(1) 數字量輸入(DI)/輸出(DO)模板
DI模板選用DC24×32，DO模板選用DC24V×32， 用于控制鑄機在線及離線設備，使用I/O點數總和為 1100點。
(2) 模擬量輸入(AI)/輸出(AO)模板
AI模板可自由組態為各類信號輸入，AO信號為 4-20mA主要用于結晶器。拉矯機速度給定及剪前輥道的速度給定，反饋以及各儀表顯示等功能，設定工藝參數，檢測及監控等。
(3) 中央處理器和通訊處理器
S7-400中央處理器為CPU413，S7-300為CPU315，控制程序的執行、運算和儲存，通訊處理器為CP443以太網處理器，用于網絡連接和數據通訊從而分擔CPU的通訊負擔，通過CP443與熱送輥道及連鑄機本地PLC和監控站進行通訊。
(4) 監控站
監控系統由3臺PⅢ800工控機及相應的Sinec H1網卡組成。其中2臺主要用于監控鑄機生產在線設備系統，另1臺監控配水系統、參數設置，水量及各有關參數。

由于鑄機每一流的控制設備和控制時序相同，因此其硬件配置也都一樣。

3 計算機控制功能
從用戶軟件功能上看軟件可分為四大部分:設備控制功能、程序通訊處理功能、鑄坯數據管理程序、監控和故障報警程序, 而控制功能又包括公用設備的連鎖啟停, 流系統的設備聯鎖控制及出坯系統聯鎖控制以及二冷段配水控制。

3.1 公用系統的控制
主要完成中間罐車自動定位和大包回轉臺的旋轉定位，剪機液壓站的自動控制以及蒸汽風機的自動控制。

3.2 鑄流系統的控制
(1) 液壓剪定尺切割;
(2) 結晶器.拉矯機變頻調速控制;
(3) 送引錠/脫引錠控制;
(4) 剪切液壓站的自動控制。
剪機液壓站油泵的自動控制,故障切換,油壓控制。

3.3 出坯系統
完成推鋼機的自動推鋼控制以及翻鋼冷床的自動控制和冷床液壓站的控制以及其他在線設備的聯鎖控制。

3.4 二冷段冷卻水控制
完成鑄坯的二次水冷卻，經過二次冷卻水的冷卻后，使鑄坯完全固化。

3.5 連鑄機與熱送輥道的數據通訊
該通訊的建立不僅實現了連鑄機的熱裝熱送功能，而且也能夠進行鑄坯的跟蹤，從而保證每一支鋼坯的各成分參數準確無誤和生產鋼坯的總數。

3.6 控制軟件
整個連鑄機生產控制的軟件采用STEP7完成，具體內容如下:
(1) 確定模板的槽位以及各個模塊的I/O地址
編程的首要工作是對PLC的硬件配置，確定各個模板在S7-400站中的位置，對I/O模板分配地址，并確定以太網地址，以及網站間通訊作業的定義。

(2) 編制梯形圖以及語句表程序，完成各種設備的控制
a) 采用模塊化思想，將每套設備的動作情況以及有一定獨立性的動作順序編寫在獨立的程序塊或功能塊中，由組織塊調用這些塊。這樣便于查找故障，也能了解設備的功能情況。
b) 可用梯形圖完成開關量的動作，用語句表完成拉矯機變頻器和結晶器振動變頻器的動作。

(3) 操作界面組態設計
根據工藝要求編制工藝畫面，包括各設備的畫面，對主要數據:拉矯機的給定速度、實際速度、給水量等歷史趨勢，完成對各個設備的操作運行情況的監控，以便出現故障后能快速查找故障發生的時間，以及故障的原因。