I. Überblick 1. Prozessübersicht Die Verbesserung der Reinststahlproduktionstechnologie hat in den letzten Jahren günstige Voraussetzungen für Stranggießanlagen mit kleinem Radius geschaffen, um Brammen ohne große Einschlüsse und innere Bogenagglomeration herzustellen. Dank der Entwicklung von Mehrpunkt- und kontinuierlichen Richttechnologien können rissempfindliche Stähle, die zuvor eine vollständige Erstarrungsrichtung erforderten, nun mit intaktem flüssigen Kern gerichtet werden, und der Radius der Gießanlage ist kein begrenzender Faktor mehr für die Gießgeschwindigkeit. Vor diesem technologischen Hintergrund gilt eine Stranggießanlage für Brammen mit kleinem Radius (R = 3,5–8 Meter) und Bogenform sowie Mehrpunktrichtverfahren als neuer und attraktiverer Anlagentyp. Da diese Anlagen eine geringere Bauhöhe als herkömmliche Stranggießanlagen für Brammen mit Bogenform (R = 8–12,5 Meter) und einen geringeren statischen Druck des flüssigen Stahls aufweisen, wird sie als Stranggießanlage mit extrem niedriger Förderhöhe bezeichnet. 2. Steuerungsübersicht Die Siemens SPS-Steuerung ist eine ausgereifte Steuerungstechnologie in verschiedenen Branchen, insbesondere in der Metallurgie. Sowohl im Niedrig- als auch im Hochpreissegment findet die Anlage aufgrund ihrer stabilen Steuerungsleistung, der einfach erweiterbaren Netzwerkarchitektur, der vollständigen Gerätekompatibilität und des moderaten Preises breite Anwendung in verschiedenen Bereichen und bietet ein hohes Kosten-Nutzen-Verhältnis. Die bogenförmige Stranggießanlage verfügt über zahlreiche Steuereinheiten, die mechanische, elektrische, instrumentelle, hydraulische und Automatisierungssysteme umfassen. Dieser Artikel beschreibt die Systemkonfiguration und das Softwaredesign unter den Gesichtspunkten einer sinnvollen regionalen Steuerung, standardisierter Steuerungstechnik sowie angemessener und zuverlässiger Steuerungsmethoden. II. Entwurf des Steuerungssystems Das Steuerungssystem dieser Stranggießanlage wurde von Ma'anshan Caster Engineering Technology Co., Ltd. entwickelt und implementiert. Die Praxis hat gezeigt, dass das System eine hohe Stabilität, gute Bedienbarkeit, einfache Wartung und ein umfassendes Automatisierungskonzept aufweist. Die Hardware-Designphilosophie des Systems lässt sich anhand der folgenden drei Aspekte erläutern: 1. Einführung in das Steuerungssystem Das System verfügt über ca. 1000 E/A-Punkte. Die SPS arbeitet zentral und verzichtet auf Fernsteuergeräte. Die Steuerung erfolgt lokal und ferngesteuert, wobei manuelle und automatische Steuerungsoptionen für den automatisierten Betrieb zur Verfügung stehen. Das Design integriert alle E/A-Punkte in das SPS-System, was die elektrische Auslegung vereinfacht, aber höhere Anforderungen an die Stabilitätskonfiguration und die Softwareentwicklung des Steuerungssystems stellt. Das System ist in Zonen unterteilt, die jeweils unabhängig von einer SPS gesteuert werden. Der Datenaustausch zwischen den SPSen erfolgt über ein Peer-to-Peer-Netzwerk, eine PROFIBUS-DP-Schnittstelle und das FDL-Protokoll. Im Feld kommen zwei HMI-Terminals und ein Touchscreen zum Einsatz. Die SPSen und Frequenzumrichter sind fest verdrahtet, um Schaltvorgänge und die Ansteuerung analoger Signale zu realisieren. 2. Hardwarekonfiguration: Die verwendete SPS ist eine leistungsstarke 315-2DP, die Quarz-SPS ist eine 314PCU. Der Quarz ist ein eigenständiges System, das über ein Peer-to-Peer-Netzwerk mit der Hauptsystem-SPS verbunden ist und Daten über das FDL-Protokoll austauscht. Die Quarzsteuerung selbst besteht aus zwei 200-SPSen, die über eine MPI-Schnittstelle ein MPI-Netzwerk bilden. Diese Konfiguration nutzt ein Erweiterungsmodul der Architektur IM360/361 und ein spezielles 8-Kanal-Impulszählmodul FM350-2 zur automatischen Verfolgung der Produktionslinienlänge. Der Touchscreen ist ein 7,5-Zoll-Bildschirm der Serie 5SAD von M2I (Korea). III. Software-Design 1. Prozessbasiert wird eine regionale Steuerung durch sinnvolle regionale Regelungen realisiert: automatische Luft- und Wasserverteilung im Sekundärkühlsystem, Verriegelungssteuerung des Verteilergefäßes, Steuerung der Hydraulikstation, Strömungslinienverfolgung und Synchronisierungssteuerung, Rollenförderer im Schneidbereich, Steuerung der Blindstangen, Steuerung des Kristallisators und Hilfssteuerung. 2. Verriegelungssteuerung 1) Steuerungskonzept für den Verriegelungsalarm einer einzelnen Einheit: Das System verarbeitet das Rückmeldesignal, um den Zustand des Regelkreises der Einheit zu ermitteln. 2) Verriegelungssteuerungskonzept zwischen Einheiten: Unter Berücksichtigung der Personensicherheit und der Lebensdauer der Anlagen müssen Verriegelungssignale umfassend erfasst, wichtige und unwichtige Signale kategorisiert und Notfallmaßnahmen bzw. Notabschaltfunktionen implementiert werden, um die Produktionsanforderungen zu maximieren. 3) Kategorisierung der Systemverriegelungsinformationen: Um eine automatisierte und sichere Produktion zu gewährleisten, müssen die direkten und indirekten Informationen des Gesamtsystems umfassend kategorisiert werden, um die Funktionsfähigkeit und Vollständigkeit des Systems sicherzustellen. 4) Nachführung und Verriegelungssteuerung: Die Encoder-Rückmeldung wird in die Momentangeschwindigkeit umgewandelt und die Gießlänge erfasst. Anschließend werden Berechnungen durchgeführt, um den synchronen Betrieb von Rollenförderern mit unterschiedlichen Durchmessern zu erreichen. Die Gießlänge ermöglicht die Nachführung des Bohrturms und die Verriegelungsfunktion des Rollenförderers, einschließlich der Nachführungsreaktion des Sekundärkühlwasser-Regelventils und des Absperrventils. 3. Datenübertragung 1) Im Design werden vier Methoden zur Datenübertragung verwendet: MPI, DP, RS232 und IM360/361; der Touchscreen akzeptiert die RS232-Schnittstelle und ist über die in den 315 integrierte DP-Schnittstelle mit dem PC-Adapter verbunden. Ein 85-Signalverstärker wird verwendet, um die Kommunikationsreichweite zu erhöhen. 2) Peer-to-Peer-DP-Netzwerkdatenkommunikation: Der Datensende-Funktionsbaustein FC5 AG_SEND und der Datenempfangs-Funktionsbaustein FC6 AG_RECV werden gemeinsam genutzt. Die Verbindung wird in NET_PRO konfiguriert und ist als FDL-Protokoll konfiguriert. 4. Das Bildschirmdesign ist eine benutzerfreundliche und bedienerfreundliche HMI. Das Design der Hauptschnittstelle und das Konzept der Sekundärkühlwasserregelung entsprechen international gängigen Standards. IV. Fazit: Das Unternehmen übernahm das gesamte Projekt – von der mechanischen und elektrischen Planung über die Inbetriebnahme bis hin zur Prozessplanung – und erhielt vom Kunden großes Lob für die optimale Investition, das ausgereifte Steuerungssystem und den Service.