基于S7-300 PLC的连铸电气控制系统的设计与实现

1引言

提高连铸自动化水平,对保证铸坯质量、提高连铸机的劳动生产率、增加连铸机的金属收得率起着至关重要的作用。为了提高产品的市场竞争力以及与世界接轨，某炼钢厂于1999年新上两台8流方坯连铸机。这种连铸机一次可拉出8条钢坯，成材率高，是世界冶金生产的发展方向。由于该连铸机流数多，设计拉速高,生产场地狭小，如果由人工手动控制生产流程，容易造成铸坯输送不畅，这一问题在短铸坯生产中尤为严重。因此，在连铸生产过程中实现全自动控制非常重要。

2控制对象及控制任务

连铸电气控制系统由公用PLC和流用PLC两部分组成。公用PLC的控制对象包括拉矫液压站、推钢机及步进式翻转冷床。其中，拉矫液压站的控制包括油泵启/停控制、电磁溢流阀得电/失电控制、油箱油温控制以及液位高低限和油泵起动故障的声光报警;对于推钢机及步进式翻转冷床，主要是控制推钢机的前进/退回及冷床的正反转及启/停动作。流用PLC的控制对象为引锭杆、火焰切割机、辊道及翻钢机，主要控制自动送引锭过程、切割机全自动/半自动切割、输送辊道启动/停止、翻钢机翻起/退回以及翻钢活动挡板的升/降动作等。

3控制系统的硬件组成

连铸电气控制系统的上位机采用两台研华工控机，下位机采用18套西门子s7-300PLC，分别完成两台连铸机公用设备和流用设备的控制任务。

公用PLC采用CP314中央处理单元，由接口模板IM360和IM361实现中央机架和扩展机架之间的数据传送，由CP342-5通讯模板建立S7-300PLC与Profibus-S7网络的联接。I/O模块为9块SM321-1FF数字输入模块及6块SM322-1HF数字量输出模块。流用PLC设计为一套PLC单独控制一流生产设备，其构成与公用PLC的不同之处在于:(1)流用PLC使用2个扩展机架;(2)I/O模块为10块SM321-1FF、1块SM321-1BH和9块SM322-1HF。

两台连铸机的控制硬件组成完全相同，图1为一台连铸机的电气控制系统PLC硬件配置图。

4控制系统的设计策略

4.1拉矫液压站

拉矫液压站为自动工作方式时，首先进行工作油泵的选择。当系统压力≤5.5Mpa时,工作油泵启动，经过1分钟延时后相应的电磁阀得电，油泵向系统供油;当系统压力≥7Mpa时,电磁阀失电，油泵停止供油。为了保障异常状况时的设备安全,在油泵和电磁阀的控制回路中串入了油箱液位低限信号,以保证在管路严重泄漏而造成低液位报警时,延时一段时间后系统自动关闭油泵和电磁阀。此时,不但在拉矫液压站进行声光报警,而且相应的报警信息也将显示在上位机的监控画面中。

4.2自动送引锭过程

自动送引锭过程的控制主要是引锭杆存放电机和拉矫机的运转/停止以及拉矫辊和脱矫辊的自动抬起/压下。在连铸生产中要切实保证操作的安全，这一点在引锭杆工作过程的控制中尤为突出，因为如果引锭杆控制不当，不但会导致巨大的经济损失，严重的还会危及人身安全，因此在程序设计中采用了限位开关和时间联锁的双重控制方案，即在正常情况下，由限位开关完成设备的控制;如果限位开关发生故障，则由计时器实现控制功能，从而确保了控制的可靠性和操作的安全性。