西门子s7300在结晶器液位自动控制系统中的应用【字数：14492】
摘 要在现代，我们的钢铁企业在连铸生产的过程中，随着工业化生产的水平不断地提高，以及市场的竞争力非常大，人们对自动化的生产水平的要求越来越高，对于工业自动化来说，需要更高的稳定性，更卓越的技术，更可靠的铸坯质量。所以也是更考验了研发人员的水平了。结晶器液位控制系统在连铸生产过程中非常关键的一项步骤，当钢水在浇注的时候，钢水在结晶器内会有很多的不确定因素，有时候钢水的液位会不再稳定值内，有时当遇到外界的干扰时，会有大幅度的波动，而这些不确定因素就会使保护渣和钢渣一起，随着钢水在结晶器中运作从而逐渐形成坯壳，从而影响铸坯的品质。更甚者，会造成重大的事故，由于坯壳的质量不过关，就会在结晶器内纵裂，发生结晶器漏钢和溢钢，所以将钢水液位控制在一个符合常识的范围内才是解决问题的关键。由于结晶器液位系统，具有时变性、非线性等特性，并且存在了诸多不确定干扰因素，所以控制系统没有办法建立标准的模型，常规的控制方法已经满足不了越来越高的自动化生产和高质量的要求。近年来出现了很多智能化液位控制方法，不同程度上改进了结晶器液位的控制效果。本论文研究的是基于S7-300结晶器液位自动控制系统在鞍钢连铸机上的设计和应用。
目 录
1. 绪论 1
1.1课题的研究背景与意义 1
1.2 连铸技术主要设备和工艺流程介绍 2
1.3连铸技术的产生和发展现状 3
1.4结晶器液位检测与控制方法的应用现状 4
1.4.1结晶器液位检测方法 4
1.4.2结晶器液位控制现状 4
1.5可编程序控制器（PLC）介绍 4
1.5.1 PLC的分类和特点 4
2. 结晶器液位控制系统和工艺要求 7
2.1结晶器液位控制的难题 8
2.2结晶器液位控制方式的选择 9
2.2.1 结晶器液位控制方式 9
2.3建立被控对象的模型 9
3. 结晶器液位自动控制系统的硬件构成 10
3.1 液位控制系统S7300的硬件组成 11
3.2 液位控制系统与上位机之间通讯的配置 12
3.3 液位检测方式的选择 13
3.4 硬件设备的选型 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.5 PLC的I/O分配表 15
3.6 电气部分的设计 17
3.6.1主回路的设计 17
3.7 PLC模块电路的设计 19
4. 软件设计 21
4.1 STEP7简介 21
4.2 内部地址选用 21
4.3.1 程序块的介绍 22
5. 监控画面设计 29
5.1 触摸屏介绍 29
5.3 监控界面的设计 30
6. 调试与分析 33
6.1 调试程序 33
7. 总结与展望 36
参考文献 37
致 谢 38
1. 绪论
1.1课题的研究背景与意义
在我国改革初期大力发展钢铁技术，至今钢铁已经成为我国国民经济的中流砥柱，成为了国家的命脉，是国家现有生活和未来发展的物质保障。钢铁业是国民经济的重要底层产业，是国民经济、综合国力的重要组成部分。随着钢铁行业与自动化相结合技术的发展，对于连铸技术需要拥有高质量的需求也逐年增加，所以我们现在追求的是可靠性、钢坯的品质的高质量，所以做好结晶液位控制系统就掌握了连铸技术的核心环节，这就要求结晶器液位控制的精度达到最高水平。在控制方法、液位控制精准度，铸坯质量和品质等都要有所提升，使产品更具有经济效益和社会价。
此次论文主要研究的是基于西门子S7300PLC结晶器液位自动控制系统的设计与运用。先在触摸屏上设定好所需钢水的液位，然后进行钢水的浇注，当钢水到达设定液位后，观察真实的液位，塞棒的真实开口度以及比例伺服阀的真实开口度，对照钢水设定的参数，比例伺服阀的开口度进行控制，然后控制塞棒液压缸的升降，塞棒的高度、中间包水口的高度。然后一系列的参数市值完毕后，结晶器的液位则会保持为所需要的值。
结晶器液位控制自动化的意义有以下几点：
在结晶器的溢钢、漏钢方面能有效的减少和避免，大大提升了原料的利用率。
结晶器中的液位稳定，钢水中的杂质和钢渣等漂浮物能够稳定漂浮在液面中，这样就避免了产生表面杂质的缺陷。提高了滑动水口的使用寿命。
能够产生较为均匀的凝固壳，并且保证液态钢水能够在整个设备中顺畅流动，也提高了产品的质量。
减少了劳动力，解放了的双手。
长期考虑，节约了成本，提高了效率。
在时代的脚步下，工业的发展正发生着翻天覆地的变化，简单的可编程控制器在实际生产中已经逐渐被淘汰，现在需要更精密，更成熟的控制技术。所以为了达到更精确的钢水液位，PLC和WinCC则成为了重要的操作工具。
1.2 连铸技术主要设备和工艺流程介绍
连铸机主要由大包旋转台、中间包、结晶器、震动台、电磁搅拌机、扇形段、拉矫机、火焰切割机、输出辊到以及去毛刺机等部分构成。
那何为连铸机呢？连铸机就是将高温液态的钢水转化成固态常温的板坯。首先，将高温的钢水转换成一定宽度和厚度的板坯；然后，经过酸洗处理制作成成品。所以连铸机是控制系统部分的中心环节。
连铸机的组成部分及功能介绍如用如下：
大包旋转台：中间是一个储水罐，由两侧的支撑臂支撑，支撑臂同时也有固定的作用，下方有一个电机，电机为支撑臂和储钢管旋转提供动力，储水罐能过顺时针逆时针旋转180°。钢水罐在精炼炉经过脱硫、脱氧、控碳等成分调节和温度控制后，吊车在大包旋转台的中间位置向选状态浇注钢水。
中间包：能够盛装25t左右的钢水，主要作用是在浇注的过程中中间缓冲，是钢水浇注和结晶器的中间枢纽。中包车在液压的控制下，可以上下升降600mm，以调节滑动水口浸入深度，使钢水中的钢渣悬浮在表面，通过中间包的位置。他的主要作用是稳定钢水流量，使钢水中的钢渣悬浮在表面，通过中间包的排渣槽排出，是提高铸坯质量的关键步骤。
结晶器：钢水通过滑动水口流入结晶器中，再经过冷却水逐渐变成一定宽度和厚度的坯壳，结晶器的作用，将钢水中的温度降低到凝固的点。另外，结晶器的窄边铜板的调节得到铸坯的宽度，使得钢水浇注期间，能够实现在线调节铸坯宽度，调宽宽度在900mm～1600mm。
振动台：结晶器设定了频率和幅度，在钢水浇注时，液压缸开始作用，振动台经过设定的参数上下反复振动，当拉苏发生变化后，震动的频率的幅度也相应的变化，以确保坯壳与铜板分离。
扇形段：根据功能的不同，分为弯曲段、弧形段、矫直段的水平段。每一个的内部有8~10对辊子，其中有1对为驱动辊，带动铸坯通过扇形段。同时扇形段内安装有冷却装置，当铸坯通过扇形段时，就给铸坯冷却。即二冷水控制。
拉矫机：是一个闭环的控制，带动扇形段驱动电机，变频器控制电机的正反转和速度，编码器安装在电机的后方，然后检测铸坯的实际生产速度。
目 录
1. 绪论 1
1.1课题的研究背景与意义 1
1.2 连铸技术主要设备和工艺流程介绍 2
1.3连铸技术的产生和发展现状 3
1.4结晶器液位检测与控制方法的应用现状 4
1.4.1结晶器液位检测方法 4
1.4.2结晶器液位控制现状 4
1.5可编程序控制器（PLC）介绍 4
1.5.1 PLC的分类和特点 4
2. 结晶器液位控制系统和工艺要求 7
2.1结晶器液位控制的难题 8
2.2结晶器液位控制方式的选择 9
2.2.1 结晶器液位控制方式 9
2.3建立被控对象的模型 9
3. 结晶器液位自动控制系统的硬件构成 10
3.1 液位控制系统S7300的硬件组成 11
3.2 液位控制系统与上位机之间通讯的配置 12
3.3 液位检测方式的选择 13
3.4 硬件设备的选型 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.5 PLC的I/O分配表 15
3.6 电气部分的设计 17
3.6.1主回路的设计 17
3.7 PLC模块电路的设计 19
4. 软件设计 21
4.1 STEP7简介 21
4.2 内部地址选用 21
4.3.1 程序块的介绍 22
5. 监控画面设计 29
5.1 触摸屏介绍 29
5.3 监控界面的设计 30
6. 调试与分析 33
6.1 调试程序 33
7. 总结与展望 36
参考文献 37
致 谢 38
1. 绪论
1.1课题的研究背景与意义
在我国改革初期大力发展钢铁技术，至今钢铁已经成为我国国民经济的中流砥柱，成为了国家的命脉，是国家现有生活和未来发展的物质保障。钢铁业是国民经济的重要底层产业，是国民经济、综合国力的重要组成部分。随着钢铁行业与自动化相结合技术的发展，对于连铸技术需要拥有高质量的需求也逐年增加，所以我们现在追求的是可靠性、钢坯的品质的高质量，所以做好结晶液位控制系统就掌握了连铸技术的核心环节，这就要求结晶器液位控制的精度达到最高水平。在控制方法、液位控制精准度，铸坯质量和品质等都要有所提升，使产品更具有经济效益和社会价。
此次论文主要研究的是基于西门子S7300PLC结晶器液位自动控制系统的设计与运用。先在触摸屏上设定好所需钢水的液位，然后进行钢水的浇注，当钢水到达设定液位后，观察真实的液位，塞棒的真实开口度以及比例伺服阀的真实开口度，对照钢水设定的参数，比例伺服阀的开口度进行控制，然后控制塞棒液压缸的升降，塞棒的高度、中间包水口的高度。然后一系列的参数市值完毕后，结晶器的液位则会保持为所需要的值。
结晶器液位控制自动化的意义有以下几点：
在结晶器的溢钢、漏钢方面能有效的减少和避免，大大提升了原料的利用率。
结晶器中的液位稳定，钢水中的杂质和钢渣等漂浮物能够稳定漂浮在液面中，这样就避免了产生表面杂质的缺陷。提高了滑动水口的使用寿命。
能够产生较为均匀的凝固壳，并且保证液态钢水能够在整个设备中顺畅流动，也提高了产品的质量。
减少了劳动力，解放了的双手。
长期考虑，节约了成本，提高了效率。
在时代的脚步下，工业的发展正发生着翻天覆地的变化，简单的可编程控制器在实际生产中已经逐渐被淘汰，现在需要更精密，更成熟的控制技术。所以为了达到更精确的钢水液位，PLC和WinCC则成为了重要的操作工具。
1.2 连铸技术主要设备和工艺流程介绍
连铸机主要由大包旋转台、中间包、结晶器、震动台、电磁搅拌机、扇形段、拉矫机、火焰切割机、输出辊到以及去毛刺机等部分构成。
那何为连铸机呢？连铸机就是将高温液态的钢水转化成固态常温的板坯。首先，将高温的钢水转换成一定宽度和厚度的板坯；然后，经过酸洗处理制作成成品。所以连铸机是控制系统部分的中心环节。
连铸机的组成部分及功能介绍如用如下：
大包旋转台：中间是一个储水罐，由两侧的支撑臂支撑，支撑臂同时也有固定的作用，下方有一个电机，电机为支撑臂和储钢管旋转提供动力，储水罐能过顺时针逆时针旋转180°。钢水罐在精炼炉经过脱硫、脱氧、控碳等成分调节和温度控制后，吊车在大包旋转台的中间位置向选状态浇注钢水。
中间包：能够盛装25t左右的钢水，主要作用是在浇注的过程中中间缓冲，是钢水浇注和结晶器的中间枢纽。中包车在液压的控制下，可以上下升降600mm，以调节滑动水口浸入深度，使钢水中的钢渣悬浮在表面，通过中间包的位置。他的主要作用是稳定钢水流量，使钢水中的钢渣悬浮在表面，通过中间包的排渣槽排出，是提高铸坯质量的关键步骤。
结晶器：钢水通过滑动水口流入结晶器中，再经过冷却水逐渐变成一定宽度和厚度的坯壳，结晶器的作用，将钢水中的温度降低到凝固的点。另外，结晶器的窄边铜板的调节得到铸坯的宽度，使得钢水浇注期间，能够实现在线调节铸坯宽度，调宽宽度在900mm～1600mm。
振动台：结晶器设定了频率和幅度，在钢水浇注时，液压缸开始作用，振动台经过设定的参数上下反复振动，当拉苏发生变化后，震动的频率的幅度也相应的变化，以确保坯壳与铜板分离。
扇形段：根据功能的不同，分为弯曲段、弧形段、矫直段的水平段。每一个的内部有8~10对辊子，其中有1对为驱动辊，带动铸坯通过扇形段。同时扇形段内安装有冷却装置，当铸坯通过扇形段时，就给铸坯冷却。即二冷水控制。
拉矫机：是一个闭环的控制，带动扇形段驱动电机，变频器控制电机的正反转和速度，编码器安装在电机的后方，然后检测铸坯的实际生产速度。
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