前言：随着现代钢铁工业的快速发展，板坯连铸已成为钢坯生产的主流方式。连铸机仪表自动化系统的应用，有效解决了传统人工操作模式下存在的效率低、质量不稳定、能耗高等问题。该系统通过采用先进的计算机控制技术、传感测量技术和网络通信技术，实现了对连铸生产的全流程自动化控制和优化，使得钢坯产品的质量和生产效率得到显著提升。
一、常用炼钢厂板坯连铸机仪表自动化系统的原理与系统配置
板坯连铸机是现代钢铁企业不可或缺的关键设备之一，其仪表自动化系统在保障生产效率、提升产品质量方面发挥着至关重要的作用。该系统主要由三级控制系统构成，包括一级系统的过程控制级、二级系统的操作监控级以及三级系统的管理决策级。其中，过程控制级负责对连铸工艺参数进行实时采集与精确控制，如结晶器液位、拉速、二冷水量等；操作监控级则通过人机交互界面，实现对一级系统的监视、调整与优化；管理决策级利用先进的优化算法与专家系统，在分析海量生产数据的基础上，制定最优的生产计划与工艺参数。板坯连铸机仪表自动化系统通常包括以下几个关键部分：首先是数据采集与处理单元，主要由各类传感器（如温度传感器、压力传感器、流量计等）和信号调理模块组成，负责实时采集连铸过程的各项关键参数，并将其转换为标准的电气信号进行传输和处理。在硬件配置方面，国内常用的炼钢厂板坯连铸机仪表自动化系统多采用 PLC、DCS 等可编程控制器作为一级系统的控制单元，配以高精度传感器（如电磁流量计、红外测温仪等）实现对生产过程的精确测控。二级系统多基于工业 PC 或 SCADA 软件搭建，提供直观友好的人机交互界面。三级系统则运行于高性能服务器集群之上，综合应用大数据分析、机器学习等前沿技术，不断提升生产管理与决策水平。此外，现场总线技术（如 Profibus-DP、Modbus 等）在仪表自动化系统中得到广泛应用，大大简化了设备接线，提高了数据传输效率[1]。
二、自动化仪表控制系统的基本功能与应用方式
（一）结晶器液位检测与控制
结晶器作为连铸过程的核心部件之一，其液位高度直接影响铸坯质量。为实现对结晶器液位的精确检测与控制，国内常用的仪表自动化系统一般采用射频导纳式液位计或磁致伸缩液位计等高精度传感器，并配以专用的液位控制算法，使结晶器液位控制精度达到±3mm以内。同时，系统还会根据拉坯速度、钢水温度等工艺参数的变化，动态调整结晶器振动频率（一般在0-250Hz之间）及行程（2-10mm），确保结晶器与凝固坯壳之间合理的间隙，避免粘瘤或漏钢等缺陷的产生。以宝钢股份有限公司西宁新区特钢连铸机为例，该系统采用电磁波导纳原理进行液位检测。电磁波导纳液位计安装在结晶器外壁，利用电磁波在金属介质中的传播特性，测量其相位变化从而反映液位变化。该系统测量精度高，测量范围广(0~5m)，重复精度可达±1mm，并且使用安全无污染。检测数据将实时反馈至浇注流量控制系统，通过PID控制算法调节浇注流量，将液位控制在设定值±3mm的理想范围内，有效避免溢流及浇注中断等异常情况的发生[2]。
（二）冷却水检测与二次冷却配水控制
为实现对冷却水系统的有效监测和控制，仪表自动化系统一般在冷却水管路上安装电磁流量计、温度传感器等测量元件，实时采集冷却水的流量、温度等参数。基于采集到的数据，系统可根据铸坯尺寸、拉速等因素，精确计算出二次冷却各段所需的水量，并通过调节电动阀的开度实现动态配水。此外，由于喷嘴开度的变化会引起管路阻力的变化，进而影响其他区域冷却水的流量分配，因此控制系统还需具备一定的自适应能力，能够根据各区域实时压力、流量的检测值，动态调整其他区域的喷嘴开度，从而实现整个次冷系统的协调控制。在最新的智能控制系统中，通常采用模糊控制、专家系统等先进控制策略，以期达到更加优化的控制效果。以本钢板材有限公司连铸机为例，该系统利用多个压力变送器和电磁流量计对各冷却区的水压和流量进行检测，数据实时传输至DCS控制系统。DCS根据工艺曲线要求控制每个喷嘴的开度，通过调节各区域的冷却强度，使铸坯温度沿程控制在理想曲线范围内。该系统采用模糊自适应控制策略，能够根据实时测量数据动态调整各区域喷嘴开度，确保整个冷却系统的协调运行。
三、连铸机仪表自动化系统的维护保养措施分析
炼钢厂连铸机仪表自动化系统的可靠运行是保证钢坯产品质量和生产效率的关键，其维护保养工作须严格遵循相关技术标准和规范。根据《冶金企业设备维护检修管理规范》（GB/T 21086-2007）和《冶金机电设备维修规程》（GB/T 19523-2004）等标准，连铸机自动化系统的具体保养要求包括：对于一级关键设备如液位计、振动传感器等，应每月进行一次预防性保养，包括清洁表面、检查线路连接、标定校准等，保养后的测量误差应控制在±1%以内；对于二级关键设备如流量计、压力变送器等，可每季度保养一次，保养内容与一级设备类似，测量误差应优于±2%；对于一般仪表设备，可每半年保养一次，主要进行外观检查、紧固接线端子等，确保其完好率在95%以上。同时，还应定期对自动化系统进行全面的预防性试验，每年至少一次，检查内容包括I/O模块响应、控制逻辑执行、联锁保护动作等，确保系统的灵敏度、可靠性和安全性满足设计要求。
国内先进钢铁企业在执行业内通行标准的同时，还结合设备实际运行情况，制定了更为详细的企业内部标准。如武钢2580mm热轧连铸机的仪表自动化系统维护标准中，对关键部件的保养周期和内容进行了细化。例如对于铸机液位计等测量仪表，要求每2个月进行一次清洁和标定；对于二冷水电磁流量计，每3个月需进行一次零点校准和量程检查；对于光源控制柜等易发生故障的部件，每2周需进行一次预防性点检。通过严格执行上述标准，该连铸机已实现长周期无故障运行，平均事故率降低50%以上。在具体维护措施方面，国内外钢铁企业普遍重视精准保养与预防检修相结合的维护策略。一方面，企业普遍建立了完善的备品备件管理体系，对关键零部件实行定期更换，降低了突发故障的风险。如德国某钢厂的连铸仪表自动化系统，对测温热电偶、伺服阀等易损件制定了严格的定期更换计划，使系统平均无故障时间（MTBF）超过5万小时。
结论：板坯连铸机仪表自动化系统是实现钢铁冶炼过程自动化、智能化的重要途径，对于提升钢铁企业的核心竞争力具有十分重要的意义。未来，随着新一代信息技术的发展，该系统还将向着智能优化、远程诊断、大数据分析等方向不断延伸和拓展，为钢铁流程工业的转型升级提供更加有力的支撑。
参考文献：
[1]史巧敏,张长征,梅文庆,等. 安钢第三炼钢厂板坯连铸机仪表自动化系统 [J]. 冶金自动化, 2001, (04): 62-64.
[2]唐国进. 鞍钢第二炼钢厂中薄板坯连铸机基础自动化控制系统概述 [J]. 中国仪器仪表, 2000, (06): 32-34.
