天津科技大学本科生-毕业设计(论文)开题报告.doc

天津科技大学本科生毕业设计（论文）开题报告学 院 电子信息与自动化学院 专 业 2007电气工程及其自动化 题 目 连铸坯切割线冷却水PLC控制系统设计 姓 名 刘广超 指导教师（签名） 年 月 日拟选题目连铸坯切割线冷却水PLC控制系统设计选题依据及研究意义 进入21世纪以来，随着连铸机技术的不断进步，使得冶金行业对连铸的高效化也有了更高的要求。连铸是紧凑型的控制，因此引入高效性能计算机是提高产量和质量的必要条件。小方坯连铸机主要为弧形渐进矫直型，铸坯半径R为8000mm，铸机作业率可达65%-85%。 目前为止，国内各大钢铁企业的方坯连铸已经非常普遍，但是二次冷却水实现全自动化的不多。通常都是人工操作，根据操作人员的自身经验及肉眼的观测来手工操作，弊端很多： 1、由于人员的不确定性，导致事故率高。二次冷却配水的水量过大，使钢坯过冷造成切割的困难，如果是飞剪切割就会造成崩坏飞剪，损坏设备危及人员安全。二次冷却配水的水量过小使钢坯的钢芯未凝固，切割时钢芯未凝的钢水流出，造成设备事故，严重时危及人员安全。 2. 无法保证钢坯的质量，从而影响下一道轧钢工序。二次冷却配水的水量直接影响连铸钢坯的内部钢结构，水量不稳导致连铸坯受热不均，造成铸坯断面裂痕或内部裂痕。 3. 连铸的速度无法提高。造成电耗、水耗大而且轧钢产量低，生产成本高。本研究题目的选定，主要是为了解决上述问题。使方坯连铸的速度提高，降低事故率，从而使机械设备能高效的运转，实现“降成本、提产量”的目标。文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评价） 传统的炼钢工艺流程，是将冶炼合格的钢水浇铸到钢锭模内，待钢锭冷却后取出，送到加工车间加热、开坯、轧成钢材1 。50年代钢的浇涛技术有了重大改革，开始采用连续铸钢技术。其基本原理是：将钢水不间断地浇铸在水冷结晶器中，待形成坯壳后不停地向下抽动，红热的钢坯经切断后，直接热送到轧钢车间，在加热炉内经短时间加热后轧成钢材。这一新的工艺流程经过不断完善，现已形成炼钢一精炼连铸热送轧材新的工艺生产路线，并在全世界广泛推广应用1-2 9-10。70年代连铸技术不断发展,不仅可以连铸成方、圆、扁坯，也可铸出2m多宽的宽板坯、50mm的薄板坯以及形状复杂的异形坯。连铸机有立弯、弧型、水平等多种形式，单台连铸机的年产量可从几万吨到上百万吨。1994 年全世界连铸比达到 735，我国连铸比也超过 40。上海、北京等地20多家工厂（车间）已全部实现钢水连续浇铸3-7。连铸机的自动化包括热工参数和物理的检测和控制（也称仪表控制）和电气控制。在连铸工艺流程中存在一些较难解决的项目如：二次冷却控制4 11。 在二次冷却区，铸坯所散失的热量占铸坯在凝固过程中散失总热量的60%,它直接影响铸坯的质量和产量，所以是连铸生产中一个重要环节。目前,我国连铸机二次冷却区的传统控制方式是人工配水。这种方法一般是由工艺设计好配水表，按不同的钢种，不同的断面及不同拉速对每段的水量值按一定的冷却强度计算好，填于表中。配水操作工根据实际拉速，迅速调整各阀门的开度使供水流量达到配水表上的要求，然后再用肉眼目测，适当调整水量，使铸坯表面温度控制在1000左右，达到水量控制的目的。由于人工配水受到人的工作责任心、业务水平、熟练程度等人为因素影响，特别是拉速变化时水量控制的滞后现象、控制精度差，难以保证铸坯的质量4 8。 因此，通过新的控制技术来进行生产已经成为一种趋势5。在生产自动化方面，开始采用电子计算机进行生产管理和各重要参量的复杂运算和自动控制。在连铸机的基础自动化方面，近年来，开始采用了 DCS 系统（英文描述 Distributed Control System 即分布式控制系统）和可编程序控制器 PLC（英文描述 Programmable Logical Controller）12。在二次冷却方面，用工艺按不同的钢种、不同的端面尺寸和不同的拉速计算出所需的冷却水量及二次冷却区各段水量的分布，编制成计算机软件，存于单回路或多回路调节器（智能仪表）中，作为给水调节的设定值。在浇注时，由工人选定，调节器即按规定的规律进行自动调节4 8-9。这些新技术的采用，保证连铸坯的质量，提高连铸的生产率，也减轻了连铸工人的劳动强度6-7。研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等）课题主要内容包括： 1、通过对传统二次冷却设备和冷却方式的研究，并提出了改进方案，并运用于该改造工程中。 2、根据铸坯表面传热原理，建立铸坯二次冷却水配水数学模型。 3、利用现代控制技术，实现二次冷却水分段配水控制。 4、给出控制系统工艺路线，编制梯形图程序，在S7-200系列PLC系统中调试通过。系统方案设计图：输入按钮接近开关适配器可编程控制器定位控制单元 电机驱动 配水电机 1. 查阅国内外的相关文献资料，掌握连铸坯冷却水工作流程。2. 查阅资料掌握连铸坯冷却水配水具体方法。3. 查阅资料，结合实际选择合适的设计方法，并掌握之。4. 整理数据，进行分析、整合，得出结果，写出论文。 研究进程安排2月25日至3月16日 毕业实习，收集、阅读有关资料，分析课题，完成开题报告。3月17日至3月23日 完成毕业实习报告和英文翻译。3月24日至4月10日 熟悉连铸坯切割线冷却水的工作流程。4月11日至4月30日 提出设计方案，根据相关资料进行编程。5月1 日至5月13日 进行仿真，上机调试。5月14日至5月31日 系统整体进行调试，改进，最终实现系统的功能。6月1 日至6月14日 组织论文材料，撰写论文。6月15日至6月20日 论文审阅及修改，提交论文。6月21日至6月26日 答辩，完成论文。主要参阅文献1 蔡开科，浇注与凝固，北京冶金工业出版社，198711。2 陈雷，连续铸钢，北京：冶金工业出版社，19945。3 王浦江，小方坯连铸，北京：中国金属学会连铸分会，19984。4 叶枫，二次冷却的控制，北京：中国金属学会连铸分会，19991。5 何功晟，国外连铸自动化技术与发展趋势，国际钢铁工业自动化技术现状及发展趋势，北京：冶金工业部科学技术司，19928。6 丁连乔，薄板坯连铸控制功能的探讨，钢铁技术，19991。7 龙毅章，连铸电气自动化控制系统，自动化。8 梁英生，薄板坯连铸连轧发展中的几个问题，钢铁，1997Vol32（增刊）。9 蔡开科，续铸钢原理与工艺，金工业出版社出版，1994。10 于力、陶晋等，连续铸钢手册，工业出版社出版，1991。11 翁维勤、孙洪程，程控制系统及工程，学工业出版社出版，2002。12 Siemens AG.S7-300可编程控制器硬件和安装手册Z，1996。13 J.E.lait,continuouns Casting, Vol.2,1986,179.14E.Berryman,Mold Heat Transfer During Continuous Casting ,I SM,part1-9,March 1988,69.15N.A.Mcpherson Mold Powder Related Defect in C.C.Product,inid,1988.361.16 A.Grill,etai,Ironmaking ang Steeimaking, No.2,1976.76.17 Pe