煉鋼廠回轉爐自動化控製（zhì）係統解決方案

　　整個自動化控製係（xì）統的配（pèi）置達到當今國內**水平，電氣、儀表、計算機(EIC)控製一體化，具有方便、快捷和友好的人機操作界麵(HMI)，EIC網絡數據通訊一體化，具有高速、大容量和開放的技術性能。

　　1、 基礎自動化

　　轉爐基礎自動化係統是實（shí）現轉（zhuǎn）爐係統控製的基礎，該係統主要包括HMI操作站、PLC、儀表（biǎo）、變頻（pín）器和現場控製箱等。各個組（zǔ）成部分通過工業以太環（huán）網和DeviceNet網連接，實現對轉爐係統的控製功能。

　　1、1 控製係統（tǒng）結構及其特點

　　控製站選（xuǎn）用施奈（nài）德Quantum PLC係列，CPU選用140CPU係列中高（gāo）性能的（de）53414CPU，遠程站采用當前**的現場總線產品(CRP係列模（mó）塊)，編程軟件使用施奈德 Concept2.6。數據通訊網絡以德國赫（hè）斯曼工業型光纖交換機MICE係列為核心構成100M高速光纖環網，各（gè）控製PLC通過NOE以太網絡通訊模塊和屏蔽5類雙絞線連接到工業以太環網上，各站遠（yuǎn）程操（cāo）作箱，操作台以及（jí）氧槍（qiāng）、傾動、投料變頻器則通過DeviceNet網（wǎng）連接到其主PLC站上，操作站采用西門子工業計算機配Win2000+SP3操作係統，HMI監控軟（ruǎn）件（jiàn）采用施耐德Monitor Pro 7.2，通過以太（tài）網卡、雙絞線與（yǔ）工業以太網相（xiàng）接。係統具有以下特點：

　　(1) 電氣、儀表和計算機係統（tǒng）采用網絡連接（jiē），實現EIC三（sān）電一體化。

　　(2) 電氣和儀（yí）表采用相同的控製設備（bèi），編程及（jí）控（kòng）製（zhì）統一，且在同一網絡上，通（tōng）訊（xùn）方（fāng）便，減少了（le）通訊硬件接口，合理分擔控製功能;電氣和儀表采用相同的操作站，操作（zuò）簡化（huà）且統一，有利於穩定生產。

　　(3) 遠程站

　　現場操作箱、操作（zuò）台等遠程站采用工業現（xiàn）場總線產品，極大（dà）地減少了設計工（gōng）作（zuò）量、電纜施工量等，各箱體通過DeviceNet網連接，提高了係統的可靠性和（hé）維護方便性。

　　1、2 網絡係統及其特點

　　轉爐自動化係統（tǒng）中的數據通訊網絡是以德國赫斯曼工業型光（guāng）纖交換機MICE係列為核心構成的100M高速光纖環（huán）網。

　　赫斯（sī）曼MICE係列（liè）交換機（jī）采用靈活的構網（wǎng）方式，無論（lùn）在控（kòng）製櫃或分散的現（xiàn）場操作箱內都可以結（jié）合各種功能達到特（tè）殊的要求。它采用無風扇散熱方（fāng）式，可以冗餘供電，支持HIPER—Ring，達到了很高的可靠（kào）運行等級。模塊化結構是MICE的突出特點之一，它有一個交換機和若幹個通訊介質模塊組成，交換機包含除了網絡接口以外的所有工業交換機的功能，而介質通訊模塊提（tí）供了網絡的接口功能（néng）。這一切可使你按照要（yào）求選用設（shè）備，避免了（le）資金浪費，模塊化結構也為用戶的投資提供了保障。另外MICE網絡交換機提供多種方法管（guǎn）理（lǐ）網絡係統：a、通過V.24串行口連接進入MICE提供的用（yòng）戶界（jiè）麵;b、在網（wǎng）絡上的任意位置通過Web瀏覽器訪問MICE上提供的用戶友好界麵;c、集中的使用SNMP管理軟件，如HiVision軟件，訪問MICE上（shàng）的SNMP代理機構。

　　1、3 控製方式及特點

　　轉爐PLC係（xì）統共有15套，按每轉爐、公（gōng）用係統分開（kāi）的原則設置，以**一座轉爐檢修或故障情況下不影響其他轉爐正常運行。

　　單體（tǐ）設（shè）備的基本運轉分為自動、手動兩種（zhǒng）方式，操作場所分為**、現場兩種選擇。係（xì）統的運轉分為計算機、自動、手動三種方式，操作場所固定於**。在“計算機”方式下（xià）PLC接受L2級（jí）計算機模型數據（jù）並（bìng）進行實時控製，包括氧氣流量、底吹氣體（tǐ）種類及流量、氧槍高度（dù）、副原料種類及重量;在“自動”方（fāng）式下，PLC根據（jù）內部保存的初設計劃模式自動進行煉鋼;在“手動”方式下，PLC根據人工設定數（shù）據（jù）控製煉鋼生產。

　　根據轉爐煉鋼的生產工（gōng）藝特（tè）點，**控製室操（cāo）作站CRT的數量每爐配置3台。在（zài）正常操作時，3台CRT分擔的（de）監控內容有所（suǒ）區別，但在異常情況下可以（yǐ）互為備（bèi）用，甚至用一台CRT也可以完成吹煉作（zuò）業。主要（yào）監（jiān）控內容有（yǒu）頂底複吹、氧槍傾動、副原料和鐵（tiě）合金投料、氣化冷卻煙氣淨化、一次除塵、二次除塵等。在係統上料操作室、風機房（fáng）操作室和二次（cì）除塵操（cāo）作室分（fèn）別設立操（cāo）作（zuò）站，監視各自的設（shè）備。為安全（quán）起見，防止誤操作，各轉爐操作站設計成專用形式，即本爐操作（zuò）站隻能操作（zuò）本爐設備，不能控（kòng）製其他轉（zhuǎn）爐設備，但公用設備除副原料上料係統外（wài）在各爐均可操作。

　　設備的運轉操作及監視（shì）基本上通過主控室的操作站畫麵（miàn）完成，為了生產的安（ān）全性和方便性，設置了硬件操（cāo）作台，上麵設有（yǒu）必要的操作開關、操作按鈕、數（shù）據顯（xiǎn）示及關鍵設備的緊急停止按鈕等。

　　PLC軟件的開發采用了模塊化的方式，在編程前規劃好PLC的內存和數據塊，劃分站間（jiān）通訊數據區及HMI顯示數據區;不同類型的程序采用不同的組織塊調用，吹煉時（shí）鍾、流量累加（jiā）、PID調節采用定周期調用;根據工藝（yì）特點（diǎn），采用多種編程邏輯、如對過程級數據處理采用語句表編程，對底（dǐ）吹控（kòng）製采用順序功能圖編程等;對操作數據（jù）進行安全處理，如對設定數據的合理性檢驗、變化速率的約（yuē）束等。

　　在控製功能上，實現了“計算機”方式下的全程自動化煉鋼，該係統具有以下主（zhǔ）要功（gōng）能和特點：

　　(1) 副原料、鐵合金上料的優先順位控製。根據（jù）“料倉組合（hé）設定表”中規（guī）定的優先順序輸送，而不是根據料空的順（shùn）序輸送，以滿足轉爐工藝的控製要求。

　　(2) 爐頂料倉的在庫量（liàng）管理。根據爐頂料位計（jì）、料位開關（guān）和上料皮帶秤信號計算爐（lú）頂料倉的在（zài）庫（kù）量，並對落（luò）差量進行實時修正。

　　(3) 吹煉（liàn）的狀態遷移控製。根據吹煉計劃表和現（xiàn）場設備狀態控製氧氣流（liú）量、底吹氣體種類和流量、氧槍（qiāng）槍位、副槍測（cè）量、副原料（liào）種類和投入量。

　　(4) 汽包水位的自（zì）動控製。根（gēn）據吹煉時期對鍋爐汽包水（shuǐ）位實行三衝量或單衝（chōng）量調節。

　　(5) 氧槍和傾（qīng）動係統采用交流傳動控（kòng）製，配置緊急後備電源。在（zài）緊急情況下，**設備的安全性。

　　(6) 副槍係統也采用交流傳動控製，配（pèi）置緊急後備電源，數（shù）據處理（lǐ）采用DIRC-5計算機係統（tǒng），具有測量、定碳、定氧，可使用TSO定氧探頭進（jìn）行液麵的測量計算。

　　2、電氣傳動控製

　　煉鋼係統是鋼鐵（tiě）廠的中心環節，轉爐傾動、氧槍升降電氣傳（chuán）動設備的控製（zhì）有為重要，它與吹氧（yǎng）係統有著**直接的聯（lián）係，電氣設備的控製速度與定位（wèi）精度直接（jiē）影響到冶煉周期和吹氧效率，因此（cǐ）如何控製（zhì）轉爐（lú）傾（qīng）動設備以及如何自（zì）動快速**地進行氧槍、副槍位置控製成為提高鋼（gāng）產（chǎn）量及質量的關鍵（jiàn）。

　　2、1轉爐傾動裝置（zhì）電氣傳動及控製方式

　　電氣傳動一（yī）般可采用（yòng）公共支流母線和單獨一對一傳動兩種形式，而采用單獨一（yī）對一（yī）傳動形式從調速性（xìng）和可靠性等（děng）方麵均具有（yǒu）優越性。濟鋼三煉鋼（gāng）1、2、3#轉爐（lú）采用的（de）是單獨一對一傳動控製方式，變頻器選用西（xī）門子SIMOVERT MASTERDRIVERS 6SE70係列三相（xiàng）交流矢量控製變頻（pín）器。該裝（zhuāng）置的控製功能有：帶編碼器的矢量控製應用於需要高度**轉矩和動態響應;無編碼器（qì）的矢量控製在水泵、風機的簡單應用和（hé）U/f控製。

　　4台轉爐傾動電（diàn）機同軸剛性連接，如果4台電機的輸出轉矩不（bú）平衡，縮短電機使用壽命。因此必須解決4台電機負荷平衡問題。采用一（yī）對一傳動方（fāng）式，可在傳動裝置上設（shè）置“主-從”方式，確（què）定主傳動裝置，通過脈衝編碼器引入速度反饋信號，設置公用的調速調節器，將主傳動的電流調節器的輸入（rù）信號（hào）同時輸（shū）出到三台從裝置的電流調節器中，由於電流（liú）調節器的輸入信號是相同的，其輸出也相同，故4台電動（dòng）機可**在等同的負荷下運行（háng），從（cóng）而**了運轉設（shè）備的平穩性（xìng）和負荷（hé）均衡性。

　　4台變頻器與（yǔ）主PLC之間通過DeviceNet網連（lián）接，每台變（biàn）頻器通過網絡接（jiē）受控製指（zhǐ）令和（hé）速度給定，並將設備的運行狀態傳送給主PLC;4台變（biàn）頻（pín）器通過SIMOLINK光纖網（wǎng）連接成一個環形結構，實現“一主三從”的控（kòng）製思想，完成主/從設備之間的數據通訊。

　　2、2氧槍的電氣傳動及其自動控製

　　2、2、1電氣傳動

　　每組（zǔ）轉爐設備有2套氧（yǎng）槍升降機構(A槍（qiāng）和B槍)，配（pèi）備2套變頻控製櫃(A槍控製（zhì）櫃和B槍控製櫃)和一套製動控（kòng）製櫃，一套作為工作槍，另一套作為備用槍。變頻器選用SIMOVERT MASTERDRIVERS 6SE70係列三相交流矢量控製變頻器（qì）。

　　傳統的設計是“對應”控（kòng）製方式，即（jí）A槍變頻器控製A槍電機，B槍變（biàn）頻器控（kòng）製B槍電機。1、2、3#轉爐自動控製（zhì）係（xì）統中，兩套氧槍裝（zhuāng）置增（zēng）加（jiā）了“交換”控（kòng）製方式，即：當選擇開關置於“對應”控製時，還是A槍變頻器控製A槍電機，B槍變頻器控製B槍電機;而當選擇開（kāi）關置（zhì）於（yú）“交換”控製時，在不進（jìn）行台車交（jiāo）換情況（kuàng）下，就（jiù）可完成A槍（qiāng）變（biàn）頻（pín）器控（kòng）製B槍電機，而B槍變頻（pín）器控製A槍電機。

　　氧槍“交換”控製技術是一（yī）種全新的控製技術。正常生產中，兩隻氧槍的變頻器、升降電機可以做（zuò）到互為備用（yòng）。其鮮明（míng）的特（tè）點有：機械故障時，在台車不移動的情況下（xià），可（kě）以通過電氣快速切換氧槍;電氣故障時（shí），在不更換變頻器、台車不移動的情況（kuàng）下，可以快速實現氧槍的正常控製。

　　另外,在氧槍（qiāng）製動控製上，**了氧槍電機的抱閘控製，實現了變頻器合/分閘、PLC程序輸出、變頻器本身輸出三點連鎖控製抱閘，使（shǐ）製（zhì）動控製技術更加**，係統更加安全、穩（wěn）定及可靠。主要特點有：當變頻（pín）器因故跳閘後，製動輸出自動實現抱閘（zhá），**了設備（bèi）的安全;當PLC故障（zhàng）時，無論變頻器工（gōng）作在什麽狀態，製動輸出都處於抱閘（zhá）狀態，****設備不失控，提高了控製係統的可（kě）靠性和安全性。正常生產過程中，因變頻器內部（bù）或外部線路原因造成（chéng）了變頻器不能正（zhèng）常工作和控製輸出，可通過PLC輸（shū）出完成電機的抱閘，**了係統、設備的安全、可靠與穩定。

　　2、2、2氧槍的自動控製

　　氧氣頂吹轉爐的自（zì）動控製中，氧槍高度的正確與否是一個相當（dāng）重要的環節。采用**的吹氧自動控製槍位（wèi）技（jì）術對氧槍的吹（chuī）煉點進行控製，可使氧槍準確的停（tíng）止在（zài）工藝操作要求的位置上，其定位（wèi）的精度相當高，從而更好的**了煉鋼過程計算機控製（zhì），實現了自動化。副槍作為另（lìng）一種重要設備，在氧槍下槍吹煉前測量液麵（miàn）高度，在吹煉周期中測溫取樣，其（qí）同樣對速度、位（wèi）置（zhì）控製有嚴格的要求。他們的高度位置控製基本是相同的（de），下麵以氧槍為（wéi）例，著重列舉其控製特點。

　　(1)位（wèi）置控製

　　氧槍上下移動的距離通過與電動轉筒同軸旋轉的（de）兩個**編碼器來計測（cè），即把垂直的位置量轉化為數字量（liàng）。正（zhèng）常生產（chǎn）中，以（yǐ）其中的一個為主（zhǔ），另一個（gè）**編碼器與之（zhī）比較作為校（xiào）準信號，偏差超出設定範圍時發出報警，過大時急停。

　　氧槍在多次（cì）上下移動過程中會（huì）產生突發性數（shù）字無差級編碼器數值換算時的累積誤差，如不加以修正則會發生氧槍檢測位（wèi）置與實（shí）際位置的偏差。為解決這一難題（tí），可在氧槍的換槍位設置（zhì）校正點。動作周期大（dà）體如下：預先將（jiāng）槍位的高（gāo）度實際值存入主PLC內存中（zhōng）;氧槍每次換槍提到換槍位時該信（xìn）號讀入PLC中，使此時氧槍實際（jì）高度檢測記憶值強製性修（xiū）改。

　　(2)自（zì）動快速定位控製

　　現代化的轉爐煉鋼氧槍在吹氧過程中是根據吹氧量（liàng）的不（bú）同而（ér）自動調整槍（qiāng）位的。吹煉過程中（zhōng）氧槍調整槍位的速度將直接影（yǐng）響到冶煉周期和（hé）鋼（gāng）的（de）質量，因此（cǐ）希望氧槍能（néng）以**快的速度（dù）準確停止在指定位（wèi）置。

　　為了解決這一問題，控製時可采用位置閉環係統，將氧槍設定位置與實際位置的偏差值作為控製信號，並將其轉化為一個控製傳動裝（zhuāng）置的速度指令。為（wéi）縮短氧槍上升與下降時間，在設定值與實際偏（piān）差較大（dà）時，以較大速度（dù）運行，當設定值與實際偏差越來越小達（dá）到（dào）設定範圍時，控製速（sù）度給定按照預先（xiān）設定的函數（shù）曲線減小，**終使氧槍準確（què）停止在所要求的位（wèi）置（zhì）上。

　　3、結（jié）束語（yǔ）

　　通（tōng）過對國外煉鋼廠自動化技術的消化移植，結合煉鋼廠當前的具體情況及工藝要求，采用（yòng）當代**的技術設備而開發的1、2、3#轉爐自動控製係統使（shǐ）煉鋼廠（chǎng）轉爐的（de）自動控製和生產管理水平躍上了一個新的台階，滿足了今後生產和新技術開發、生產管理和信息管理的（de）需要。