摘要：本文通过设计方坯连铸智能加渣布料系统的制系统，并在工程实践中验证了WagoIO模块系列在该系统使用过程中的稳定性，满足了工程现场的需要，同时智能加渣布料系统大大减轻了现场操作工人的劳动强度，经济效益显著。
关键词：方坯连铸；智能加渣；Wago
1工艺需求
在连铸生产中，需要不断向结晶器内的液态钢表面添加保护渣，它可以绝热、保温、防止散热；隔开空气，防止空气中的氧气进入钢水发生二次氧化，影响钢的质量；吸收溶解从钢水中上浮到钢渣截面的夹杂物，净化钢液；在结晶器壁与凝固壳之间形成的渣膜起润滑作用，减少拉坯阻力，防止凝壳与铜板的粘结；填充与结晶器之间的气隙，改善结晶器传热，结晶器布料是不可缺少的工序。
国内除少数大型钢铁企业采用进口结晶器自动给料装置外，多数钢铁企业都采用人工加渣。人工加渣随机性大，在结晶器中保护渣分布不均匀，易造成卷渣并引发产品质量问题。
针对方坯连铸生产的实际需求，设计并开发了方坯连铸智能布料控制系统。
2 智能布料系统设备组成
1）料仓存储
料仓有过滤筛网，过滤和清洁保护渣，防止大块（结块）进入输料管道，造成管道堵塞。料仓设置一刀片状顶部尖利的物体，可以刺透保护渣包装袋，便于袋装保护渣能自动流入料仓。
2）渣料加热
料仓加热是布料装置非常重要的环节，通过料仓加热，可以实现渣料的加热去湿，同时烘烤保护渣，保证下料时均匀，无水汽。
3）步进给料系统
加料量的多少是和钢种、断面、拉速等工艺条件变化的，保护渣加入的快慢可以通过PLC控制给料电机转速，从而实现智能控制，精确加渣。
3 控制系统选择
结合工艺系统需求，本智能布料系统选用WAGO现场控制器750-841 IO系统，其产品配置图见下表：
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表1：PLC模块配置
该系统产品特点如下：
1）高控制效率
带有ETHERNET总线适配器的WAGO-I/O-SYSTEM在ETHERNET现场总线系统上可以作主站、也可以作从站。该总线适配器能支持所有I/O模块并自动配置、生成包括数字量模块、模拟量模块和特殊功能模块的本地过程映像。模拟量模块和特殊功能模块以字或字节的形式传输数据，而数字量模块以位的形式传输数据。
基础面板性能经过优化，与工程组态无缝兼容，可实现简化开发、快速启动、精确监控和高等级可用性。
2）接口丰富
WAGO-I/O-SYSTEM设计时采用了标准化的工业以太网协议。它能实现更方便的应用，让通讯更快速，并避免接口问题的出现，此外，以太网产品由于实现了标准化，因而更能显著降低组网成本。
另外该控制器产品还有其它标准化接口：Profibus-DP、Profibus-Net、CAN、Modbus等，本系统中采用标准以太网协议。
3）安装简单、灵活
通过WAGO-I/O-SYSTEM模块化系列产品，尽可能快速简便的实施客户特定的解决方案，硬件可以安装在水平或竖直位置，内置的卡扣也可以卡入到已扩展的位置，这些集成的功能在安装过程中为用户提供了最大的灵活性。
模块化特性：插拔式输出几乎可以随意扩展，拥有大量特殊功能模块，此外，数字量和模拟量输入/输出模块以及特殊功能模块可以自由组合。
4）闭环回路控制的PID功能
现场控制器功能强大，能够可轻松组态多种接口模块并应用PID控制回路。还可以进行PID自动调整功能，可自动为节省时间、积分时间和微分时间计算最佳调整值。
5）安全性
WAGO产品内部具有光耦合器，保证了产品具有较高的信号抗干扰性能。此外WAGO产品具有过载保护、短路保护的功能。
4 功能实现
在连铸生产时，保护渣需要均匀分布在结晶器内液面上，方坯断面较小，可以让保护渣通过喷嘴布料实现保护渣全覆盖。本系统主要考虑有如下功能：
1）料仓料位检测
料仓存储料位检测，以便料位时低或者无料时提醒操作工及时添加保护渣。
2）料仓料加热
根据工艺对保护渣料的要求，该加热系统可根据设定温度进行加热控制，同时对于加热系统运行进行状态监控，遇到故障时报警。该功能结合控制器的闭环回路控制PID功能实现。
3）气源压力调节
气源是布料均匀的关键，要求压力及流量稳定。不仅要求系统能够适合不同种类的保护渣，还需要布料顺畅，不能堵料。结合控制器的闭环回路控制PID功能对气源压力进行调节。
4）布料控制
结合工艺的要求，布料口出料通过控制变频器来实现，对设定加料量进行计算，并结合控制系统直接控制变频器来实现。
5）系统通讯接口
与铸流控制系统接口信息见下表：
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在智能布料系统触摸屏上显示工艺系统布置，并设置系统启动按钮和手自动转换开关，并根据系统运行状态信息显示在触摸屏上。
5 结束语
方坯连铸智能布料系统是对钢厂实际需求而开发的控制设备，实现了全自动加渣，并提高了自动控制水平，为实现连铸机无人化向前迈进了一步。在减轻工人劳动强度的同时，提高了加渣量准确性。
参考文献：
[1] 袁君奇，谭涛，刘博. 方板坯两用连铸机器人加渣系统的设计与实现 《冶金自动化》2018（S1）；
[2] 詹小辉. 连铸结晶器保护渣厚度检测及职能控制 武汉科技大学硕士论文 2017