(1．河北理工大學機械工程學院
，河北唐山 063009

；

2．秦皇島曙硝子汽車玻璃有限公司
，河北秦皇島 066000)

摘 要：本文介紹了西門子S7-300 PLC在連鑄電氣控製係統中的應用
，著重討論了係統的控製對象、控製任務、硬件組成和程序設計
，以及在設計中針對連鑄係統的控製難點而采取的相應措施。

關鍵詞：連鑄機；PLC控製
；S7-300 PLC

1 引言

提高連鑄自動化水平,對保證鑄坯質量、提高連鑄機的勞動生產率
、增加連鑄機的金屬收得率起著至關重要的作用。為了提高產品的市場競爭力以及與世界接軌，某煉鋼廠於1999年新上兩台8流方坯連鑄機。這種連鑄機一次可拉出8條鋼坯，成材率高，是世界冶金生產的發展方向。由於該連鑄機流數多，設計拉速高,shengchanchangdixiaxiao
，ruguoyourengongshoudongkongzhishengchanliucheng，rongyizaochengzhupishusongbuchang
，zheyiwentizaiduanzhupishengchanzhongyouweiyanzhong。yinci，zailianzhushengchanguochengzhongshixianquanzidongkongzhifeichangzhongyao。

2 控製對象及控製任務

連鑄電氣控製係統由公用PLC和流用PLC兩部分組成。公用PLC的控製對象包括拉矯液壓站、推鋼機及步進式翻轉冷床。其中
，拉矯液壓站的控製包括油泵啟/停控製、電磁溢流閥得電/失電控製、油箱油溫控製以及液位高低限和油泵起動故障的聲光報警；對於推鋼機及步進式翻轉冷床，主要是控製推鋼機的前進/退回及冷床的正反轉及啟/停動作。流用PLC的控製對象為引錠杆
、火焰切割機、輥道及翻鋼機，主要控製自動送引錠過程、切割機全自動/半自動切割、輸送輥道啟動/停止、翻鋼機翻起/退回以及翻鋼活動擋板的升/降動作等。

3 控製係統的硬件組成

連鑄電氣控製係統的上位機采用兩台研華工控機
，下位機采用18套西門子S7-300 PLC，分別完成兩台連鑄機公用設備和流用設備的控製任務。

公用PLC采用CP314中央處理單元，由接口模板IM360和IM361實現中央機架和擴展機架之間的數據傳送
，由 CP342-5通訊模板建立S7-300 PLC與Profibus-S7網絡的聯接。I/O模塊為9塊SM321-1FF數字輸入模塊及6塊SM322-1HF數字量輸出模塊。流用PLC設計為一套PLC單獨控製一流生產設備，其構成與公用PLC 的不同之處在於:(1)流用PLC使用2個擴展機架;(2) I/O模塊為10塊SM321-1FF
、1塊SM321-1BH和9塊SM322-1HF。

兩台連鑄機的控製硬件組成完全相同，圖1為一台連鑄機的電氣控製係統PLC硬件配置圖。


4 控製係統的設計策略

4.1 拉矯液壓站

拉矯液壓站為自動工作方式時，首先進行工作油泵的選擇。當係統壓力≤5.5Mpa時,工作油泵啟動，經過1分鍾延時後相應的電磁閥得電，油泵向係統供油；當係統壓力≥7Mpa時, 電磁閥失電，油泵停止供油。為了保障異常狀況時的設備安全,在油泵和電磁閥的控製回路中串入了油箱液位低限信號,以保證在管路嚴重泄漏而造成低液位報警時,延時一段時間後係統自動關閉油泵和電磁閥。此時,不但在拉矯液壓站進行聲光報警,而且相應的報警信息也將顯示在上位機的監控畫麵中。

4.2 自動送引錠過程

自動送引錠過程的控製主要是引錠杆存放電機和拉矯機的運轉/停止以及拉矯輥和脫矯輥的自動抬起/yaxia。zailianzhushengchanzhongyaoqieshibaozhengcaozuodeanquan，zheyidianzaiyindinggangongzuoguochengdekongzhizhongyouweituchu，yinweiruguoyindinggankongzhibudang，budanhuidaozhijudadejingjisunshi，yanzhongdehaihuiweijirenshenanquan，yincizaichengxushejizhongcaiyonglexianweikaiguanheshijianliansuodeshuangzhongkongzhifangan，jizaizhengchangqingkuangxia
，youxianweikaiguanwanchengshebeidekongzhi
；如果限位開關發生故障，則由計時器實現控製功能
，從而確保了控製的可靠性和操作的安全性。

4.3 鑄坯切割過程

在自動工作狀態下,鑄坯切割分為全自動和半自動兩種方式。全自動方式的切割指令為定尺儀發出的定尺信號；半自動切割方式為當鑄坯達到定長時
，人為發出切割指令。在接收到切割指令後，抱夾缸電磁閥及預熱燃氣、預熱氧
、切(qie)割(ge)氧(yang)電(dian)磁(ci)閥(fa)分(fen)別(bie)得(de)電(dian)
，切(qie)割(ge)機(ji)開(kai)始(shi)進(jin)行(xing)鑄(zhu)坯(pi)切(qie)割(ge)。當(dang)鑄(zhu)坯(pi)切(qie)斷(duan)後(hou)，上(shang)述(shu)電(dian)磁(ci)閥(fa)一(yi)並(bing)失(shi)電(dian)
，回(hui)程(cheng)缸(gang)電(dian)磁(ci)閥(fa)得(de)電(dian)
，切(qie)割(ge)機(ji)返(fan)回(hui)至(zhi)初(chu)始(shi)位(wei)置(zhi)。經(jing)延(yan)時(shi)後(hou)回(hui)程(cheng)缸(gang)電(dian)磁(ci)閥(fa)失(shi)電(dian)。至(zhi)此(ci)，鑄(zhu)坯(pi)的(de)自(zi)動(dong)切(qie)割(ge)過(guo)程(cheng)結(jie)束(shu)。

4.4 輥道輸送及翻鋼過程

輥道輸送係統包括剪前I組輥道、剪後II組III組輥道及冷床IV組輥道。在冷床IV組輥道上

，按鑄坯輸送方向依次布置了1#～3#控製擋板及1#～3#活動擋板。剪前I組輥道主要用於連鑄澆鋼結束時的尾坯處理，在程序中僅做正反轉互鎖設計。因此，該部分的控製對象是剪後II組、III組輥道、冷床IV組輥道及翻鋼機，而且生產鑄坯的長度不同，程序設計亦有所不同，即12米長鑄坯的輸送及翻鋼控製僅使用3#控製擋板及1#活動擋板的動作信號, 3.2米短鑄坯的輥道及翻鋼控製設計則需要使用1#～3#控製擋板及1#～3#活動擋板的動作信號。

4.5 推鋼機

推鋼機的工作行程由主令控製器的推鋼接點和退回接點控製
，其控製設計主要基於安全聯鎖方麵的考慮：（1）步進式翻轉冷床工作時,禁止推鋼機推鋼；（2）為了避免推鋼機動作時推頭與正在翻鋼過程中的翻鋼機衝突,在推鋼機進行推鋼時,翻鋼機禁止翻鋼；（3）推鋼機完成一個推鋼周期後,解鎖對翻鋼機的動作封鎖,翻鋼機可以進行下一個翻鋼過程。

4.6 步進式翻轉冷床

步(bu)進(jin)式(shi)翻(fan)轉(zhuan)冷(leng)床(chuang)的(de)反(fan)轉(zhuan)一(yi)般(ban)僅(jin)用(yong)於(yu)縮(suo)短(duan)冷(leng)床(chuang)上(shang)鑄(zhu)坯(pi)的(de)存(cun)放(fang)間(jian)隔(ge)，冷(leng)床(chuang)的(de)正(zheng)轉(zhuan)動(dong)作(zuo)則(ze)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)鑄(zhu)坯(pi)輸(shu)送(song)。冷(leng)床(chuang)的(de)正(zheng)反(fan)轉(zhuan)停(ting)止(zhi)動(dong)作(zuo)由(you)安(an)裝(zhuang)在(zai)減(jian)速(su)機(ji)軸(zhou)上(shang)的(de)主(zhu)令(ling)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)正(zheng)反(fan)轉(zhuan)接(jie)點(dian)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)。由(you)於(yu)停(ting)止(zhi)在(zai)上(shang)齒(chi)位(wei)的(de)冷(leng)床(chuang)會(hui)阻(zu)礙(ai)推(tui)鋼(gang)機(ji)的(de)推(tui)鋼(gang)操(cao)作(zuo)，因(yin)此(ci)要(yao)保(bao)證(zheng)冷(leng)床(chuang)停(ting)止(zhi)時(shi)停(ting)在(zai)下(xia)齒(chi)位(wei)，這(zhe)一(yi)控(kong)製(zhi)任(ren)務(wu)通(tong)過(guo)精(jing)確(que)調(tiao)整(zheng)主(zhu)令(ling)控(kong)製(zhi)器(qi)接(jie)點(dian)來(lai)實(shi)現(xian)。

lengchuangchuyuzidonggongzuofangshishi，ruguolengchuangzaituigangjituihuihoumashangdongzuo，zehuiyutuigangjifashengpengzhuang，zaochengshebeisunhuai，suoyi，chengxuzhongshejituigangjituihuidongzuoyiduanshijianhou，lengchuangfangkelianxuzhengzhuan。lingwai

，yinggenjulengchuangdianjizhuansu、減速機減速比及主令控製器減速比等技術參數精確計算冷床正轉動作時間
，以確保冷床連續正轉8周

，從而完成一次最多8根(gen)鑄(zhu)坯(pi)的(de)輸(shu)送(song)工(gong)作(zuo)。程(cheng)序(xu)設(she)計(ji)還(hai)保(bao)證(zheng)了(le)主(zhu)令(ling)接(jie)點(dian)的(de)閉(bi)合(he)動(dong)作(zuo)將(jiang)立(li)即(ji)停(ting)止(zhi)冷(leng)床(chuang)，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)了(le)在(zai)控(kong)製(zhi)冷(leng)床(chuang)停(ting)止(zhi)時(shi)，電(dian)機(ji)的(de)慣(guan)性(xing)造(zao)成(cheng)主(zhu)令(ling)接(jie)點(dian)旋(xuan)即(ji)打(da)開(kai)從(cong)而(er)使(shi)得(de)冷(leng)床(chuang)繼(ji)續(xu)動(dong)作(zuo)而(er)無(wu)法(fa)停(ting)下(xia)來(lai)的(de)情(qing)況(kuang)。

5 結束語

連鑄係統的控製要點及難點主要有兩個方麵：（1）確(que)保(bao)操(cao)作(zuo)安(an)全(quan)。如(ru)前(qian)所(suo)述(shu)
，在(zai)引(yin)錠(ding)杆(gan)的(de)控(kong)製(zhi)中(zhong)著(zhe)重(zhong)考(kao)慮(lv)了(le)這(zhe)一(yi)點(dian)，因(yin)此(ci)在(zai)程(cheng)序(xu)設(she)計(ji)中(zhong)采(cai)用(yong)了(le)限(xian)位(wei)開(kai)關(guan)和(he)時(shi)間(jian)聯(lian)鎖(suo)的(de)雙(shuang)重(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)，即(ji)在(zai)正(zheng)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)，由(you)限(xian)位(wei)開(kai)關(guan)的(de)動(dong)作(zuo)控(kong)製(zhi)引(yin)錠(ding)杆(gan)存(cun)放(fang)電(dian)機(ji)停(ting)止(zhi)

；當限位開關失靈時，則由計時器完成這一功能，從而確保了控製的可靠性。S7-300 PLC功能齊全的計時器指令為這一功能的實現帶來設計上的便利。（2）各(ge)部(bu)分(fen)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)著(zhe)複(fu)雜(za)的(de)聯(lian)鎖(suo)關(guan)係(xi)。如(ru)必(bi)須(xu)在(zai)閉(bi)鎖(suo)現(xian)場(chang)操(cao)作(zuo)箱(xiang)和(he)平(ping)台(tai)操(cao)作(zuo)箱(xiang)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)才(cai)能(neng)在(zai)操(cao)作(zuo)台(tai)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)送(song)引(yin)錠(ding)操(cao)作(zuo)，而(er)當(dang)引(yin)錠(ding)杆(gan)工(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)轉(zhuan)為(wei)手(shou)動(dong)時(shi)
，應(ying)該(gai)自(zi)動(dong)解(jie)除(chu)對(dui)現(xian)場(chang)操(cao)作(zuo)箱(xiang)和(he)平(ping)台(tai)操(cao)作(zuo)箱(xiang)的(de)操(cao)作(zuo)閉(bi)鎖(suo)；又you比bi如ru，為wei了le避bi免mian推tui鋼gang機ji推tui頭tou動dong作zuo時shi與yu正zheng在zai翻fan鋼gang過guo程cheng中zhong的de翻fan鋼gang機ji衝chong突tu，在zai翻fan鋼gang機ji的de控kong製zhi中zhong，設she計ji了le翻fan鋼gang機ji翻fan鋼gang後hou的de動dong作zuo自zi鎖suo和he推tui鋼gang機ji完wan成cheng一yi個ge推tui鋼gang周zhou期qi後hou對dui翻fan鋼gang機ji的de操cao作zuo解jie鎖suo。諸zhu如ru此ci類lei的de複fu雜za聯lian鎖suo關guan係xi還hai有you很hen多duo，在zai此ci不bu作zuo一yi一yi贅zhui述shu。借jie助zhu於yuS7-300 PLC的閉鎖及解鎖指令可以很方便、靈活地實現這些複雜的聯鎖任務
，從而確實保證了控製的嚴謹與可靠。

另外，S7-300 PLC豐富的網絡功能可以充分滿足不同控製係統的需求。S7-300 PLC既有快速響應遠程I/O的Profibus-DP網絡，又有采用西門子內部優化協議─S7 functions 協議的Profibus-S7網絡，等等。在該係統中，由於公用PLC與流用PLC在控製功能上相對獨立，而且彼此之間需要互相傳送數據，因此不宜於采用主從方式的DP 網絡結構，故采用了Profibus-S7網絡。公用PLC與流用PLC的CP314中央處理單元均由CP342-5模塊建立與網絡的連接，因此


，2台公用PLC、16台流用PLC及2台上位機均為Profibus-S7上的主站

，各站之間的通信由FDL（fieldbus data link）完成，通過FDL便利的連接組態和簡單的編程工作，很容易地實現了連鑄控製係統的要求。

實踐證明,該係統設計合理,安全可靠,減輕了工人的勞動強度,提高了生產效率，為唐鋼取得良好的經濟效益以及通過產品結構調整增強市場競爭力提供了技術上的保障。同時也充分地表明，西門子S7-300 PLC在唐鋼連鑄電氣控製係統中的應用是非常成功的。