连铸机电气自动化控制系统设计

绪论1.1研究背景作为电气工程发展中的一个重大趋势，电气自动化的存在不仅可以起到重要作用。在此技术上进行加强，可以有效地保障工程运行期间的有效性与安全性。在此基础上还可以针对运行方面的数据进行分析与判断，将一些运行中可能出现的问题进行及时预防与处理，避免危险事故的出现，将人力的耗损减到最小。而随着钢铁工业与冶金业的发展，连铸机电气自动化控制系统的应用，为行业发展带来强大技术支持。企业利用自动化技术，不仅可以促进整体的生产效率，还能够将生产质量进行提升。1.2研究的目的与意义目前我国电气自动化控制系统的发展还面临着一些不足，主要体现在：第一，我国的整体电气自动化工程控制系统的发展水平低于欧美其他发达国家的水平。由于我国信息技术以及自动化技术发展起步较晚，而发达国家在第二次世界大战以后开始运用信息技术，因此造成了我国电气自动化控制系统的发展时期以及历程较短，因此，整体发展水平远低于欧美国家。第二，在电气自动化工程控制系统中缺乏专业技术人员，而专业技术人员的缺乏造成企业技术的研发和创新存在问题。第三，我国的电气自动化工程控制系统的发展进度较为缓慢、整体发展水平较低以及专业技术人员和研究团队的缺乏是造成发展进度缓慢的重要原因。当下，我国工业水平已经不同于以往，机械设备不断的隔代换新，所以在工业生产的过程中需要耗费大量的电力资源，因此，在这个现实的需求下，连铸机需要进行技术变革和发展。是具有一定积极意义的，能够有效地进行电力资源的最大化利用，降低生产成本的同时减少劳动生产力，让电力系统各个生产环节都能达到节能的效果，进一步有效的提高了企业经济效益。连铸机及电气自动化控制系统理论2.1连铸机概述2.1.1连铸机生产工艺及原理在钢铁冶炼行业中，连铸是将液态的钢水连续制成铸坯的过程，即首先利用转炉生产液态钢水，然后利用精炼炉对生产出的钢水进行精炼，最后根据实际需要，利用切割装置对冷凝的钢水进行切割处理从而制成不同规格的铸坯的过程。板坯连铸设备生产流程大致为：液态钢水由钢包回转台运送到指定的浇钢目的地浇注至中间包中，然后钢水由中包车运送至结晶器处进行浇注。浇注入结晶器中的钢水经过凝固和振动后形成一定的壳体厚度，铸坯逐渐成型。最后，脱锭装置将铸坯与引锭完全拉离，再经过切割装置加工成具有一定规格尺寸的坯材。其生产工艺流程图如图1。图2-1板坯连铸工艺流程图2.1.2连铸机电气自动化设备故障排除原则在对连铸机电气自动化设备故障进行排除时需要遵循着全面性与循序性的原则。全面性指的是在对故障的设备进行检查的时候，应当对其进行全面的检查，尽管已经检查出一个故障处，但是仍然需要继续检查，因为许多时候设备出现故障，并非只有一个故障点，所以需要将设备所出现的所有的问题排查出来，才能帮助设备恢复正常。循序性指的是在检查设备的故障时，需要依据从简单到复杂、从外到内、先动后静的顺序，从而实现对故障的检查具有逻辑性，降低排查的难度，有效地避免出现漏查的情况。2.1.3连铸机电气自动化工程控制系统的功能连铸机的电气自动化控制系统融合多个学科之间的知识，使其电学、系统科学、信息学、控制学以及运输学等各个领域与学科进行综合，并充分运用现代信息技术以及通信技术等使其实现自动化。从其含义中可以看出，电气自动化工程控制系统的功能主要体现在企业管理以及画面监控等方面。而在其控制系统设计中，其硬件结构功能包括：润滑与液压、铸流控制、仪表控制、控制平台模块以及控制后台模块5个部分。（图1）企业在调取信息过程中，通过电气自动化工程控制系统可以让信息自动进行整合并分析结果。此外，在制作财务报表以及财务预算的过程中，通过调取相关信息资料使得结果进行汇总，极大地提高整理资料的效率。电气自动化工程控制系统通过DIS系统能够实现实时监督，通过定位以及录像的形式对画面进行监控。除此之外，电气自动化工程控制系统覆盖领域不仅包括传统的电气设备运输和运转领域，也包括现代电子技术，如信息传输通讯工作和信息处理。图2-2控制平台模块配水流程图2.2电气自动化控制系统2.2.1电气自动化控制技术伴随着科学技术的飞速发展，当下电气自动化技术经过优化之后，已经应用于国民生产经营的方方面面，也进一步有效的促进了电力系统的自动化、智能化发展。目前来说，电气自动化控制技术主要是由远程遥感集成控制核和远距离监控系统组成。在电力系统进行该项技术的全面应用能够在原有的电网覆盖规模和效率基础上进行有效的提升，此外，还能够对结构复杂化电网进行功能的全面改进，最大程度上提高电网系统运行质量和效率。此外，对于电网系统中存在的复杂问题，同样能够通过电气自动化控制技术进行系统的检测和解决，并联动自动报警装置，提醒相关管理人员对事故做出及时的处理和反馈。结合整合的数据显示，我国电气自动化技术能够进行资源的汇总和整合，并且能够将信息反馈到各个系统和设备，从而形成一个完整的系统，能够实现数据资源的交换。保证信息数据交互和整合的效率、安全。例如:在电网体系中进行电力系统、监测系统以及远程控制系统的有机结合，从而提高电网体系的建设质量。2.2.2电气工程的自动化控制在电气自动化中，主要由通信网络、操作平台、中心控制室以及相关自动化设备。一旦电气设备本身存在故障，那么中心控制室会自动开启保护操作，在最短的还时间内将故障信息向其他部位进行传递。电气自动化系统的运行中，对GPS技术的应用也相当广泛，其本身具备的定位系统可以促使电气自动化设备实现卫星定位功能[1]。将GPS定位系统安装在传感器与相关电气设备中，进而由传感器进行电气设备中相关数据的传输。由此，各级设备终端能够对传输的数据自动进行辨析。与此同时，对数据库内的大数据进行综合分析，对电气自动化的功能进行细分管理，由此可见，对电气自动化功能进行解析和拓展，能够有效改善未来电气自动化工程无人坚守的局面。2.2.3电气自动化控制系统电气自动化，主要是利用计算机技术，对系统科学的控制与管理，能够根据实际情况的需求，在自动化系统内容，实现对各项工作流程的模拟，能够形成系统化的检测，确保了产品的整体质量，提高整体的工作效率。在自动化技术控制系统的运行过程中，也会受到一定因素的影响，那么就需要加强对其技术的创新，实现对信息资源的共享，创新出新意的管理形式，能够根据使用的实际需求，对各信息数据的集成管理，合理的选择通道，也是自动化技术重要的特点，能够为各领域的稳定发展提供有利的条件。而对其的生产监控工作，也具有其重要的组成部分之一。例如:对于人机交互界面的设计，主要是采用现代化的科学技术，为电气自动化的实际应用营造了良好的运行环境，通过实践研究，取得了良好的应用效果。2.3连铸机电气自动化控制系统2.3.1连铸机电气设备自动优化配置电气设备作为连铸机电气自动化系统的重要组成部分，也决定着整个系统的性能。保证电气设备运行的稳定性是一个需要考虑的关键问题。电气自动化一体化使得电气设备的优化配置成为可能，通过采集电气设备信息并与额定运行参数进行比较，实时监控传感器，确定电气设备的实际运行是否能满足电气工程的运行要求[2]。线路截面面积太小，会导致实际运行过程中的电流太大，会加剧线路老化的过程，同时自动化系统，能结合通过截面电流的大小，判断线路的质量能够达到指定标准，根据判断的标准将横截面积较小线路更改为较大的线路，除此之外，电气设备额定功率的不同，可能会降低使用的效率，造成资源的浪费，比如在建筑的给水工程中，水泵在高峰期的实际功率会比额定功率提升60%，高峰期时期，合理的运行负荷为80%，会降低资源浪费的程度，除此之外，电气自动化系统的传感器能够即时的数据，分析哪些数据不合格或性能过剩，为后续的系统优化设计提供数据支持。2.3.2自动化系统的故障检测1）故障自动化控制将电气化技术引动在连铸机自动化系统中，可以有效反馈各设备之间存在的问题，并且可以将这些问题将以分析，实现对故障的有效解决。在人工智能以及大数据的基础上，进行数据分析，还可以实现对相关数据的实施监控与反馈。如若系统一旦出现问题，还可以借助大数据等功能实现故障排除与解决，实现在第一时间内对故障信息进行定位与分析，在此基础上可以大大降低相关管理人员的工作强度。在电气系统中还未引进电气自动化技术之前，通常所出现的故障都是需要人工进行注意排查，找出故障处，并进行客观原因分析。这样的排查方式费时又费力，往往费劲心力还是找不出故障所在，后者面临相关问题无法解决的现状[3]。导致在一定基础上数据的有效性流失以及相关设备运行的安全性得不到保障，更甚者还会导致重大安全事故的发生。采用针对故障的排除技术，在有限时间内不仅可以实现对故障信息的掌握，还可以使连铸机操作系统实现自动切断故障电源的操作，在一定基础上，阻碍了故障的进一步发酵，还可以保障其他设备的安全运行。此外，在对电气工程的长期需求使用基础上，会存在部分使用设备线路以及机体老化的现象，进而导致设备的运行功率与实际需求功率无法达到一致，导致一种非故障的现象出现，这种状况的出现，系统会呈现一种自动提示更换设备的信息显示，随之在线视频中设定所需功率的变动详细状况，做出更换设备需求的警示。2）故障提示与解决当代社会发展的需求下，连铸机电气设备的内部结构发展愈发复杂，这在一定程度上造成设备故障发生的概率以及修复的难度。设备在运行的过程中，线路比较错乱，因此需要保证线路的安全，将线路安置在安全范围之内，一旦出现短路等安全问题。需要使用人工排查故障的操作方式，但是这种传统的手段，需要耗费大量的人力，甚至可能导致整个系统短路，当系统处于短路的状况下，电流会在一瞬间增大，系统继电器接收到控制中心的命令后，在导致短路的基础上，会瞬间将电流进行增大，自此系统继电器接到控制中心的指令后，会自动切断短路或运行中的设备，然后将故障信息发送到显示终端[4]。如“空调模块电流突然增大导致跳闸”等，提醒技术人员尽快检查空调系统模块，还可以提供相应的解决方案与专家数据库，帮助管理人员完成电气工程故障排除。2.4连铸机电气自动化控制系统设计原理2.4.1统一监测统一监测是连铸机电气自动化控制系统持续稳定运行的关键技术，将自动化控制系统的各项功能，汇总到一个中心处理器中进行集中处理，再加上监控设备的高效配合，既能大幅度提升系统的稳定性，也可以降低系统运行能耗，促使整个系统的组成更加先进、合理，降低故障发生的概率，实现稳定运行。2.4.2实时远程监控远程监控是连铸机电气自动化控制系统的主要功能之一，也是实现无人值班或者少人值班的主要途径。主要机理为利用网络技术，通过对视频设备，对连铸机自动化运行情况进行实时监控，并将监测到的画面传回显示器清楚显示，无需达到现场也可以实现对系统的有效监控。在整个网络内部结构中，连铸机自动化系统，甚至可以周围环境及设备运行情况进行采集和监控，为调整设备运行参数提供数据支持。连铸机电气自动化控制系统设计3.1平台控制区域3.1.1钢水罐回转台钢水罐回转台的主要作用就是承托钢包并将其运载至浇铸处，其主要结构包括事故驱动装置、锁定机构、回转支撑、回转臂、驱动装置以及底座等。该平台可同时承托并运送两个钢包，一个处于待浇状态，另一个执行浇铸作业。这种异跨运输作业的方式大大缩短了钢包换包的时间，可以实现多炉连浇功能。3-1大包回转台旋转工位图3.1.2中间包及中间包车中间包的位置位于结晶器和钢包之间，主要用于钢水浇铸，担负着中间包冶金、分流、贮存钢水、去杂、稳流、减压等重要任务。而中间包车则是用于对中间包进行更换、承托以及运输。图3-2中间包车走行电机电气控制原理图本文设置两台电机作为中间包车的驱动系统，以确保中间包车运行的可靠性。并且将这两台电机电枢的控制方式设计为并联模式，以节省成本和缩小供电装置的容量。为了保护设备，避免两台电机在运行过程中发生电流不相等的情况，分别在电机的进线侧串联了一个热继电器。3.2铸流区域的电气控制系统铸流区域能够对板坯连铸机的操作方式进行选择，该区域的控制技术是连铸机生产系统中的关键技术，这些控制技术主要包括引锭杆和板坯的跟踪控制、扇形段压下及压力控制、结晶器在线调宽、扇形段的驱动控制以及结晶器的振动装置控制等。这些控制系统的对板坯产品的质量的影响巨大，因此铸流区域的电气控制系统是连铸机控制系统最关键的部分。图3-3结晶器Y型在线调宽原理图3.3后区控制区域3.3.1铸坯切割装置由于铸坯产品的尺寸存在不同的要求，同时也为了便于将铸坯钢材存放起来，有必要利用切割装置对铸坯进行切割。连铸机的切割装置可分为机械切割和火焰切割两种，本文采用了火焰切割的方式对铸坯进行处理。火焰切割装置包括切割专用辊道、切割定尺装置以及切割小车三个部分。3.3.2输送辊道切割后的板坯将会通过输送辊道进行输送，输送辊道由下线辊道、横移台车辊道、称量辊道、去毛刺辊道以及切割后辊道，其电气原理图如图。图3-4切割后辊道电气控制原理图为了提高系统的稳定性，且减少电缆敷设和接线的费用，本文在输送辊道中采用现场设备的机构。为避免电机被因电机输出力矩不均产生的过大电流损坏，在每个风机和电机前串联了热继电器，如图。图3-5切割后辊道电机现场设备箱图3.4远程监控设计加强对电气自动化远程监控系统的设计，不仅能够节约成本费用，尤其是对电缆的安装费用节省，而且有效地降低了电缆的使用率，减轻电缆维护工作的负担[9]。但是，对远程监控设计时，忽视了对大型系统监控的管理，未能建立对电气自动化控制系统管理制度与要求，使远程监控的通讯速度，无法满足相关需求。那么就需要根据实际情况，制度出相应的改善措施，确保通讯的整体速度的质量、安全性等。3.5连铸机电气自动化控制系统硬件模块优化设计在我国的发展过程中，地形的研究也是非常重要的，由于不同的地形，也规划了不同的生产方法。很多自动化系统都是通过每个地区所具有的地理条件来进行开采的，现代化的自动化技术在使用图纸时，是离不开应用PLC技术的，并且如果地形非常的复杂，要根据相应的连铸机系统安全性质以及控制系统来设计生产方案，再根据相应的开采技术来处理系统中安全方面的问题和相应其他的问题[10]。而整体的自动化系统，不需要操作人员进行实际操控，只需要操控人员确认导出数据，确认开采进程没有意外事故发生即可。连铸机电气自动化控制系统问题及建议4.1电气自动化工程控制系统出现的不良问题通过调查研究数据分析，大多数企业反映在画面监控的过程中设备运作和运行机制存在问题，因此造成画面监控会出现卡顿和视频模糊以及信息中断等情况[11]。除此之外，主机与分机之间的距离过长导致文件的传输不稳定且出现信息差错的问题。后期在对设备进行维修的过程中，由于专业人员的缺乏以及技术的复杂性导致系统容易出现崩溃等，都是在画面监控的过程中控制系统常出现的不良问题。4.2加强连铸机电气化自动化控制系统建设的建议4.2.1创新电气自动化产品电气自动化采取创新的思维方式，引导变革之后的电气自动化产品，不断走向国内国际市场，进一步拓宽电气自动化工程控制系统的覆盖范围和应用领域。国内外市场发展趋势是以创新为先导，同时注重其质量的提高，使其产品符合绿色经济以及低碳经济的时代要求，还注重对于专业人才的培养和培训。具有创新性和新颖性的产品受到更多用户的青睐[12]。因此，在电气自动化工程控制系统建设的过程中，应当加强对其产品创新性以及科研性的研发，通过创造产品的内在特性使产品更加具有吸引力，产品的不同特性以及实用性能够满足大众对于产品的需求，改善当下企业所处的市场环境，对企业的战略措施进行优化，提升企业的创造力。4.2.2加强电气自动化控制系统与人工智能技术的融合现代科技信息能够大力发展电气自动化技术，是互联网时代的产物，因此在进行电气自动化技术的更新与换代的过程中，要注重与先进人工智能技术的结合，通过充分利用互联网和人工智能技术的优点和长处，使电气自动化能够发挥出最大效果。通过对人工智能技术的利用使得自动化技术对于控制单元的信息处理得到进一步升华。除此之外，国家也应当作出相应的努力，为高校电气专业设置相应的信息交流平台，使得学生能够通过与高端人才的交流获得一定的收获[13]。此外，学校也可以通过组织学生外出考察，实现现场教学的教学模式，让学生所学知识能够有效地应用到实际生活中，从而积累学生的实践经验。4.2.3重视电气自动化控制系统在冶金轧钢领域的应用电气自动化的应用领域不仅包括工业领域，也涉及到医疗领域的应用。在医疗设备以及手术的过程中，通过对自动化控制系统的应用，使得手术的成功率大大提高。电气自动化控制系统可以作为辅助医生进行治疗的良好途径和方法。首先，自动化技术可以通过对信息的整合以及画面实时监控，让实习医生进行场外学习。自动化控制系统通过医生口令的形式为其提供医疗设备，使得手术过程快速便捷，从而避免了浪费时间[14]。其次，在医疗领域中通过对电气自动化控制系统的应用，能够解决大部分较为简单的医疗问题，患者通过对自身症状的描述，信息系统可以为其提供相应的治疗方案，但如果患者症状较为复杂的，应当及时进行就医。电气自动化控制系统还可以通过网络交流的形式为患者提供治疗方案，节省大部分居民挂号排队的时间，使医疗资源能够得到最大化的利用。4.2.4加强PLC在连铸机电气自动化系统中的具体应用1）具体的通信网络建设在相应的冶金轧钢监控管理中也有一定的应用结构，国内的管理体制是分为应用和管理两个方面的，管理体制有三层管理：分别是总中心和分中心，以及监控站等等，由于监控站对于煤矿不是直接控制的，所以，工程是不能够直接的控制监测系统的。2）自动化系统PLC选择自动化系统，特别是针对于连铸机的自动化系统，对相应的PLC监测系统应该提出了更高的要求。同时对连铸机冶金轧钢的管理体制也提出了要求，这些要求必须满足PLC它的质量本身，也要符合规定，并且这些预测的数据和传输能力必须要达到预想的要求，还应该有自我的修复和保护能力[15]。其次就是车辆控制器必须要单独的完成监测系统的控制要求。再次就是某一个煤矿的自动化流量，如果在发生拥堵的状态下，应该有相应的控制处理方法，并且要对于相应的控制方式做出调整。结语在当今时代，自动化的设备已经在人们的生活、工作、娱乐中无处不在，许多可以由自动化所代替的人工劳动力已经被取代。电气自动化已经可以在连铸机中实现系统化，并且通过智能的管理系统，实现对连铸机进行系统的控制，极大地提升连铸机在生产过程中的安全性，并且也提升了连铸机的运行效率。未来的发展下，其会朝着安全水平更高、更高的效率以及更高的准确率发展，电气自动化装备的检修，需要按照检修的基本原则进行操作。原地对出现故障的涉笔进行调整，当下电气自动化工程控制系统的出现，是世界各地精英人才智慧的结晶。全球范围内信息交流的无障碍趋势也是推动电气自动化工程系统出现的重要原因之一。致谢四年的大学生活，在老师，朋友的全力支持下，我走得辛苦却也收获颇丰。在值此论文即将付梓之际，我思绪万千，心情久久不能平静。我的指导老师，从我上大学以来就以他严肃的科学态度，一丝不苟的学术精神，求同存异的工作作风激励着我，指导老师不仅仅只是在学业上给我以悉心指导，更在思想、生活上给予了我关心和帮助，在此，我谨向指导老师致以十二分诚挚的谢意。同时，我还要感谢我的父母。焉得艾草，言树之心，养育之恩，无法回报，你们永远健康快乐将永远是我最大的心愿！在这论文即将完成之际，我的心情十分激动，毕竟，从开始进入课题到最终论文得以完成，有无数可敬的朋友给了我帮助，在这里，也同样请接受我真诚的感谢！参考文献[1]张艳.基于PLC的电气自动化控制系统设计[J].计算机产品与流通,2019(05):112.[2]罗冰,曾令宇,陈权,邓增广,韩占光,张家泉.小方坯连铸机高拉速技术改造和生产实践[J].连铸,2019,44(02):22-26.[3]许占国,徐云峰,李振胜.板坯连铸机电气系统解析[J].科技风,2019(09):135.[4]何丽娟.基于计算机技术的电气自动化控制系统设计分析[J].科学技术创新,2018(36):81-82.[5]吴国庆,邱明罡,代宗岭,陈卫强,张温永.现代合金钢大方坯连铸机设计特点及生产实践[J].钢铁,2018,53(12):54-61.[6]杨卫星,戚成浩,薛峰.基于PLC技术的电气自动化控制优化系统设计[J].电脑迷,2018(11):236.[7]张娟荣.基于计算机技术的电气自动化控制系统设计研究[J].电子设计工程,2018,26(16):76-80.[8]刘阳,侯少锋,李洪祥.连铸机电气自动化控制系统的优化设计[J].自动化应用,2018(06):29-30.[9]陈鹏.唐钢矩型坯连铸机常见故障的诊断技术及处理[J].电子测试,2018(08):104-105.[10]周力,高书成