在合金钢连铸生产中，配水是一个确保生产顺行和产品质量的重要环节。传统的手动配水方式已不适应生产工艺要求，尤其是不能满足产品质量的需要。
莱芜钢铁集团股份有限公司特殊钢厂(简称莱钢特钢厂)自行设计的合金钢连铸自动配水系统投入运行后，正常稳定，保证了连铸生产的顺行和良好的钢坯质量。该系统自动化程度高，维护量小，配水模型设计合理，完全满足不同钢种的工艺要求。
1 系统控制原理
该配水系统分为结晶器段和二冷段，二冷段又分为7段（即：足辊段、Ⅰ区宽面、Ⅰ区窄面、Ⅱ区宽面、Ⅱ区窄面、Ⅲ区宽面 、Ⅲ区窄面）。系统根据配水模型对各段的水量分别进行控制。
1.1 配水模型
连铸的配水与多种现场工艺因素相关。选择其中影响较大的因素—钢坯的拉速和钢种作为控制配水的主要条件。
各段的配水量与拉速之间有一个比较合理的对应关系：
Q =AV +B (1)
式中Q ——某段的配水量；
V ——钢坯的拉速；
A,B ——配水系数。
由公式(1)可以看出，某段的配水量和钢坯的拉速成线性关系，当拉速发生变化时，所需要的配水量也要发生相应的变化。
另外，不同的钢种，所要求的配水量也不相同。根据这些编制配水表，即对应不同的钢种，拉速和配水段制成一个表格，其中系数A、B 根据比水量计算得出。
以轴承钢为例，配水模型见表1。系统根据模型进行配水量的计算。
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表1配水模型
1.2 控制方式
系统控制采用自动配水、流量设定和阀位设定3种方式。
自动配水：由PLC将各种参数经过模型计算，控制输出相应的配水量，实现自动配水，该方式的优点是自动化程度高，反应迅速。
流量设定：通过上位机设定某段配水量进行控制。这种方式主要是在水表的设定有偏差时，通过人工设定流量，而后进行配水模型的修正。
阀位设定：通过上位机直接设定阀位。该方式主要应用在生产中的特殊情况下，例如：需要紧急调整或在生产前检查给水量情况。
以上3种方式互相补充，灵活采用，可以很好地满足连铸配水要求。
1.3 自动控制原理
系统自动控制原理见图1。
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图1 自动控制原理
首先，通过上位机选择好钢种，下传到PLC中，由PLC选择相应的配水模型；PLC接受现场的拉速信号，经过配水模型计算，得出实际需要的配水量；同时与现场实际的配水量进行比较，经PID计算，得出控制阀位值，控制调节阀的开度，调节水量达到设定值；随着拉速的变化，反复循环该过程，实现自动配水控制。
2 系统组成
2.1 基本结构
系统主要由4部分组成：现场一次仪表，PLC控制机构，执行机构和上位机。系统结构见图2。
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图2 系统结构
根据工艺和控制要求，需要对各项工艺参数进行检测采集，作为系统控制的依据。检测包括：钢坯拉速、各段水量、温度、压力、阀位等。这些采集和对水量的调节主要由一次仪表来完成。
PLC控制机构作为系统的核心部分，其功能由PLC控制器来完成。PLC负责收集各种信号，进行各种运算和转换，给上位机提供数据并接受上位机的操作指令，将控制信号输出给执行机构等，模板的配置见图2。其中每流的I/O点配置为：模拟量输入47点，模拟量输出15点，数字量输入16点，数字量输出16点。
上位机完成画面监控，监控功能由工控机带显示器和打印机来实现。
执行机构接收PLC的控制信号，由调节阀和切断阀完成对水量的控制。其中调节阀选用的是电子式直行程电动调节阀，控制精度高；切断阀选用的是24V双电控气动O型切断阀，动作时间不到2s。
2.2 应用程序
系统所用的是施耐德PLC配套的编程软件，分别是PLC编程软件CONCEPET2.5和上位机组态软件MP7。
PLC程序编写过程为：对系统进行硬件配置；配置变量表；编写DFB功能块,相当于“子程序”,包括配水模型、PID调节功能块等;最后编写主程序,包括PID调节程序、报警程序、配水模型程序等。
上位机软件组态包括SERVER和BUILD两大部分。SERVER是数据进行交换和存储的中心。包括变量表，历史数据库，报警数据库的设置等。监控画面包括整体工艺图，配水管路图，配水调节，历史趋势图，报警和水表选择画面等。
3 应用效果
系统投入运行一年多来，故障率低，几乎免于维护，没有更换过任何设备。成为莱钢特钢厂最为稳定可靠的系统，具有以下特点：
(1) 系统控制精度高，反应灵敏。调节阀的口径计算准确，水量的控制误差不到1%；工况变化时，水量的调节反映时间低于3s，从根本上避免了由于水量滞后所造成的“漏钢”等现象。
(2) 控制方式灵活。在生产中，操作人员可以根据生产中的具体情况，自由选择各种控制方式。有手动、半自动以及全自动，并可针对不同情况选择不同控制方案。
(3) 适应各种工艺要求。针对莱钢特钢厂生产合金钢产品的特点，该系统对不同钢种有相应的控制方案，同时，重点考虑象轴承钢等对质量要求高的产品，在配水模型上潜心研究，配水制度更为完整合理，为多钢种、高质量的连铸生产提供保证。其中，齿轮钢和轴承钢都一次试拉成功。
