方坯连铸切后辊道电气系统改造;测控技术与仪器;平静;20

安徽工业大学本科毕业设计方坯连铸切后辊道电气系统改造测控技术与仪器专业平静（099064051）指导老师：刘亮讲师摘要通过收集、查阅并整理火切机切后辊道设备工艺及相关资料，了解课题背景、工艺设计目标。分析方坯连铸切后辊道四流同步长辊集中传动与四流独立控制短辊传动系统的整体设备动作及工艺需求，采用应用十分广泛的可编程控制器PLC以及其编程软件STEP7v5.5，运用电气行业用户通常使用的简单易懂的梯形图编程语言，设计了一个火切机切后辊道四流独立自动控制系统，并对所设计的程序进行了模拟仿真，使得该控制系统的每一流火切机切后辊道独立控制、独立传动，不受其他辊道传动影响，且只需对原长辊集中传动控制系统做相应改造，工作人员即可通过简单拨动现场操作箱中的转换开关的方式，控制任一流火切机切后辊道的工作状态处于远程自动模式、远程手动模式、检修模式和停机模式。控制方便、快捷、高效，操作简单。关键词：切后辊道；PLC；梯形图；独立控制；设计安徽工业大学本科毕业设计AbstractThroughthecollection,reviewandafterfinishingfirecuttingmachinecuttingrollerdevicetechnologyandrelatedinformation,understandthetopicbackground,theprocessdesigngoal.Analysisofbilletcontinuouscastingaftercuttingrollertable4flowsynchronouslongrollertransmissionand4shortflowindependentcontrolrollerdrivesystemofthewholeequipmentandprocessrequirements,usingverywidelyusedprogrammablecontrollerPLCandprogrammingsoftwareSTEP7v5.5,usingelectricalindustryusersusuallyusesimpleladderdiagramprogramminglanguage,designafterafirecuttingmachinecuttingroller4flowindependentautomaticcontrolsystem,andhascarriedonthesimulationtothedesignedprogram.Thecontrolsystemofeachfilariasisaftercuttingmachinecuttingrollerindependentcontrol,transmission,isnotaffectedbyotherrollerdrive.Andonlyneedtofocusontheoriginallongrollerdrivecontrolsystemforcorrespondingmodification,staffsimplytoggleswitchinthesiteoperationbox,cancontroloneafterfilariasiscuttingmachinecuttingtheworkingstateoftherollertableinaremoteautomode,remotemanualmode,maintenancemodeandstopmode.Controlconvenient,fast,efficient,simpleoperation.Keywords：Aftercuttingroller;PLC;Ladderdiagram;Independentcontrol;design安徽工业大学本科毕业设计1第一章绪论1.1课题背景近年来，我国经济的快速增长，特别是工业和基础建设的加速，促进了钢铁工业的发展。我国已成为世界上钢铁消费和钢铁生产大国，连铸[18]即为连续铸钢（ContinuousSteelCasting）的简称在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。连铸技术[12]是一项把钢水直接浇铸成形的先进技术，由于连铸技术具有显著的高生产效率、高成材率、高质量和低成本的优点，近二三十年得到了迅速发展，目前世界上大多数产钢国家的连铸比超过90%。连铸技术所需用到的火切机切后辊道按驱动方式可分为集中传动辊道和单独传动辊道。集中传动辊道由电机带动一组辊子传动，单独传动辊道为电机带动一根辊子传动。单独传动辊道具有结构简单，操纵灵活，维修方便的优点，但是较早建造的连铸机，火切机切后辊道多为长辊集中传动，这制约了火切机切后辊道的使用性能，因此，需设计一个方案，将火切机切后辊道由原来长辊集中传动改为短辊单独传动。本文专门针对当前存在的这一问题，充分考虑了切后辊道的使用性能，力求设计出一个简单实用，控制方便、高效的新的辊道独立控制系统。1.2方坯连铸切后辊道电气控制系统介绍火切机切后辊道是方坯连铸工艺设备的一部分，连铸工艺由于其具有高生产效率、高成材率、高质量和低成本的优点，在世界上大多数国家都得到了广泛的应用，对于连铸工艺的整个流程的优化，一直是各国热衷研究的课题，方坯连铸火切机切后辊道的电气控制系统改进问题也是其中之一。1.2.1连铸工艺简介连铸技术是一项把钢水直接浇铸成形的先进技术。与传统方法相比，连铸技术[12]具有大幅度提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。从上世纪八十年代，连铸技术作为主导技术，逐步完善，并在世界各地主要产钢国得到大幅应用，到了上世纪九十年代初，世界各主要产钢国已经实现了90%以上的连铸比。连续铸钢是钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。其具体流程如图1.1所示：安徽工业大学本科毕业设计2图1.1连铸技术具体工艺流程连续铸钢生产的钢坯主要分为板坯和方坯，板坯的截面宽与高的比值较大，主要用来轧制板材；方坯截面宽与高相等，或差别不大，主要用来轧制型钢、线材。本文主要讨论方坯连铸工艺中的切后辊道控制系统改造。连铸技术的优越性主要表现在：1）简化生产工序、缩短工艺流程；2）提高综合成材率；3）降低能源消耗；4）易于实现机械自动化；5）扩大钢种，提高产品质量。连铸技术主要用到的生产设备[9]包括钢包、中间包、结晶器、二次冷却系统、拉矫机、引锭杆和运输辊道，钢包用于盛放钢液；中间包用于保持一定的浇铸速度、控制钢水流；结晶器用于规定铸坯形状，强制钢水冷却，保证形成足够强度和厚度的均匀坯壳；二次冷却系统采用直接喷水冷却铸坯，使铸坯加速凝固，通过夹辊和侧导辊，对带有液芯的铸坯起支撑作用，防止并限制铸坯发生鼓肚、变形和漏钢事故；拉矫机用于拉坯、矫直、送引锭杆和调节拉速；引锭杆用于开浇时凝固底板、传递拉坯力；运输辊道用于输送浇注成型的钢坯。1.2.2四流同步火切机切后辊道工艺简介火切机切后辊道[16]是方坯连铸机的运输辊道的一部分。运输辊道紧接在连铸机主机的二冷区之后，尽管连铸机的运输辊道和铸坯的凝固过程没有关系，但它是方坯连铸机成套设备必不可少的组成部分，铸坯运行的流畅与否及连铸机生产效率的高低和运输辊道极为密切。运输辊道主要分为中间辊道、切割区辊道，出坯辊道，横移区辊道。各类型辊道的功能为：中间辊道：位于拉矫机和切割设备之间，用于支承和输送铸坯和输送引锭杆；安徽工业大学本科毕业设计3切割区辊道：切割区四周的辊道，该辊道中有几个辊子需要升降或摆动，以防止切割时切坏辊子和切割渣粘结辊面；出坯辊道：切割区辊道之后至冷床之前的辊道，由若干辊子组成，快速将切割后的定火铸坯输送至横移区辊道；横移区辊道：接受出坯辊道来的铸坯，将铸坯输送至固定挡板之前，由横移机构将每流铸坯输送到冷床或其他区域。本文讨论的火切机切后辊道属于切割区辊道，该区辊道根据铸坯的断面尺寸计算选择辊子直径和辊身长度，切割区后的辊道辊间距取决于定尺长度，切割前辊道速度与拉坯速度一致，切割后要迅速输送铸坯，辊道速度一般为20～30m／min。火切机切后辊道用于输送经火焰切割机切割过后的特定尺寸的已成型铸坯，切后辊道具体工作过程如下：火焰切割机发来切后辊道慢速启动信号或切割机发来切割完成信号后，切后辊道正向转动，速度为切割完成或切后辊道慢速启动时刻的浇铸速度设定值；切后辊道慢速启动信号消失或切割完毕信号发出，切后辊道速度赋高速值；铸坯离开，辊道停止，速度设为零。四流同步火切机切后辊道的特点为：四条出钢坯的流水线受统一的控制信号控制，四条切后辊道由长辊集中传动，集中传动辊道由电机带动一组辊子同时启动、运转、停止，辊子远转方向相同且保持同样的转速和输出功率，工作人员可控制四条切后辊道同时处于远程自动模式、远程手动模式、检修模式和停机模式。1.2.3四流独立控制火切机切后辊道工艺简介四流独立控制火切机切后辊道的特点为：四条出钢坯的流水线受独立的控制信号控制，四条切后辊道由短辊单流传动，单独传动辊道为电机带动一根辊子传动，可分别控制任一辊道启动、运转、停止，且其他辊道不受影响，工作人员可控制任一流火切机切后辊道的工作状态处于远程自动模式、远程手动模式、检修模式和停机模式。1.2.4两种工艺对比四流独立控制火切机切后辊道是在原有四流同步火切机切后辊道控制系统的基础上进行相应改造得到的，在原有四流同步火切机切后辊道的基础上四流独立控制火切机切后辊道电机采用变频电机，每一流采用一个三菱FR-A500变频器控制2个5.5KW电机，变频器使用原四流同步火切机切后辊道振动台变频器，每一流总电源断路器也利用四流同步火切机切后辊道控制系统原有的，每流新增辊道电机断路器2只。此外，为了工作人员能够更好地了解四流独立控制火切机切后辊道的工作状安徽工业大学本科毕业设计4态，达到更好的控制效果，确保辊道工作出现异常时，工作人员能够及时发现，也为了工作人员在排除故障时，能够更方便的查找到故障源，本改造系统特意增加了指示灯控制。即在控制室内每流新增手/自动转换开关，手动向前按钮、手动向后按钮和急停开关各一只的同时，每流增设手/自动指示灯、手动向前指示灯、手动向后指示灯和急停指示灯各一只，安装在原四流同步火切机切后辊道系统操作台上。现场新增操作箱上每流安装检修/远程转换开关，点动向前按钮、点动向后按钮各一只的同时，每流安装检修/远程指示灯、点动向前指示灯、点动向后指示灯各一只。四流独立控制火切机切后辊道与原有四流同步火切机切后辊道控制系统相比具有以下优点：1）四流独立控制火切机切后辊道的每一流辊道独立控制、独立传动，不受其他辊道传动影响，工作人员只需简单拨动现场操作箱中的转换开关，便可控制任一流火切机切后辊道的工作状态处于远程自动模式、远程手动模式、检修模式和停机模式，控制更加灵活，操作也更加简单；2）四流独立控制火切机切后辊道可保证一流辊道出现故障，其他辊道不受其影响，继续工作，保证了钢坯连铸过程的持续进行，减少了系统故障给生产带来的损失；3）四流独立控制火切机切后辊道每流都安装有各种工作状态的指示灯，给工作人员的现场操作带来了便捷。1.3采用技术和开发工具介绍根据不同的应用环境我们要选择合适的开发工具，采用更为有效实用的技术。鉴于我国的工业自动化技术发展的越来越成熟，PLC技术在工业自动化领域应用的越来越广泛，对于火切机切后辊道的改造工作采用PLC技术解决，简单实用，易于实现。1.3.1可编程控制器PLC简介国际电工委员会（IEC）[11]于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”