煉鋼廠回轉爐自動（dòng）化控製係統解決方案

　　整個（gè）自動化（huà）控製係統（tǒng）的配置達到當今國內**水平，電氣、儀表、計算機(EIC)控製一體（tǐ）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（xùn）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現轉爐係統控製的基礎，該係統主要包括HMI操作站、PLC、儀表、變頻器和現場控製箱等。各個組成（chéng）部分通過工業以太環網和DeviceNet網連接，實現對轉（zhuǎn）爐係統的控製功能。

　　1、1 控製係統（tǒng）結構及其特點

　　控製站選用施奈德Quantum PLC係列（liè），CPU選用140CPU係列中（zhōng）高性能的53414CPU，遠程站采用當前**的現場總線產品(CRP係列模塊)，編程軟件使用施奈德 Concept2.6。數據通訊網絡以德國赫斯曼工業型光纖交換機MICE係列（liè）為（wéi）核心（xīn）構成100M高速光纖環網（wǎng），各控製PLC通過NOE以太網絡通訊模（mó）塊和屏蔽5類雙絞線連接到工業以太環網上，各站遠程操作箱，操作台以及氧槍、傾（qīng）動、投料變（biàn）頻器則通過DeviceNet網連接到其主PLC站上，操作站采用西門子工業計（jì）算（suàn）機（jī）配Win2000+SP3操作係（xì）統，HMI監（jiān）控軟件采用施耐德Monitor Pro 7.2，通過以太網卡、雙絞線與（yǔ）工業以太網相接。係統具有以下特點：

　　(1) 電（diàn）氣、儀表和計算機係統采（cǎi）用網絡連接，實現EIC三電一（yī）體化。

　　(2) 電氣和儀表采用相同的控製設備，編程及（jí）控製統一，且（qiě）在同一網絡上，通訊方便，減少了通訊硬件接口，合理分擔控製功能;電（diàn）氣和儀表（biǎo）采用（yòng）相同的操作站，操作簡化且統一，有利於穩定生產。

　　(3) 遠程站

　　現場操作箱、操作台等遠程站采用工（gōng）業現場總線產品，極大地減少了設計工作量、電纜施（shī）工量等，各箱體通過DeviceNet網連接，提高了係統的（de）可靠性和維護方便性。

　　1、2 網絡係統及其特點

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

　　赫斯曼MICE係列交換機采用靈活的構網方（fāng）式，無論在控製櫃或分散的現場操作箱內都可以結合（hé）各種功能達到（dào）特殊（shū）的（de）要求。它采用無風扇散熱方式，可以冗（rǒng）餘供電，支持HIPER—Ring，達到了很高的可靠運行等級。模塊化結構是MICE的突出特（tè）點之一，它有一個交換機和若（ruò）幹個通（tōng）訊介（jiè）質模塊組成，交換機包含除了網絡接口以外（wài）的（de）所有工業交換機（jī）的功（gōng）能，而介質（zhì）通訊模塊提供了網絡的接口功能。這一切可使你按照要求選用設備，避免了資金浪費（fèi），模塊化（huà）結構也為用（yòng）戶的投資提供了保障。另外MICE網絡交換（huàn）機提供多種方法管理網絡係統：a、通過V.24串行口連接進入MICE提供的用（yòng）戶界麵;b、在網絡上的任意位置通（tōng）過（guò）Web瀏覽器訪問MICE上提供的（de）用戶友好界麵;c、集中的使用SNMP管理軟件，如HiVision軟件，訪問MICE上的SNMP代理機構。

　　1、3 控製方式及特點

　　轉爐PLC係統共有15套，按每轉爐、公用（yòng）係（xì）統分開的原則設置，以**一座轉爐檢修或故障情況下不影響其（qí）他轉爐正常（cháng）運行（háng）。

　　單體設備的基本運轉（zhuǎn）分為自動、手動兩種方式，操作場所分為**、現場（chǎng）兩種選擇（zé）。係統的運轉分為計算（suàn）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（jiē）受L2級計算機模型數據並（bìng）進行實時控製，包（bāo）括氧（yǎng）氣流量、底吹氣體種類及流量、氧槍高度、副原料種類（lèi）及重量;在“自動”方式（shì）下，PLC根據內部保存的初設計劃模式自動進（jìn）行煉鋼;在“手（shǒu）動”方式下，PLC根據人工（gōng）設定數據控製煉鋼生產。

　　根據轉爐煉鋼的生產工藝特點，**控製室操作站CRT的數量（liàng）每爐配置（zhì）3台（tái）。在正（zhèng）常（cháng）操作時，3台CRT分擔的監控內容有所區別，但在（zài）異常情況下可以互為備用，甚至用一台CRT也可以完成吹煉作業。主要監控內容（róng）有頂底複吹、氧槍（qiāng）傾動、副原料和鐵（tiě）合（hé）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（shì）、風機房操作室和二次除塵操作室分別（bié）設立操作站，監視各自的設備。為安全起見，防止誤操作，各轉（zhuǎn）爐操（cāo）作站設計成專（zhuān）用形式（shì），即本爐操作站隻（zhī）能操作本爐設（shè）備，不（bú）能控製其他轉爐（lú）設備，但公用設備除副原料上料係（xì）統外在各爐均可（kě）操作。

　　設備（bèi）的（de）運轉操作（zuò）及監視基本上通過主控（kòng）室的操作站畫麵完成，為了生產的安全性和方便性，設置了硬件操作台，上麵設有必要的操作開關、操作按鈕（niǔ）、數據顯示及關鍵設（shè）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（biān）程前規劃（huá）好PLC的內存和數據（jù）塊，劃分站間通（tōng）訊數據區及HMI顯示數據（jù）區;不同類型的程序采用不同的組織塊調（diào）用，吹煉時鍾、流量累加、PID調節（jiē）采用定周期調用;根據工藝特點，采用多種編程邏輯、如對過程級數據（jù）處理采用語句表編程，對底吹控製采用順序功能（néng）圖編程等;對操作數據（jù）進行安（ān）全（quán）處理，如對設定數據的合（hé）理性檢驗、變化速率的約束（shù）等。

　　在控製（zhì）功能上，實（shí）現了（le）“計算機”方式下的全（quán）程（chéng）自動（dòng）化煉鋼，該係統（tǒng）具有以下主（zhǔ）要（yào）功能和特點：

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

　　(2) 爐頂（dǐng）料倉的在庫量管理。根據爐頂料位計、料位開關和上料皮帶秤信號計算爐頂料倉的在庫量，並對落差量進行實時修正。

　　(3) 吹煉的狀態遷移控製。根據吹煉計劃表和現場（chǎng）設備（bèi）狀態控製氧氣流量、底吹氣（qì）體種類和流量、氧槍槍位、副（fù）槍測量、副原料種類和（hé）投入量。

　　(4) 汽包水位的自動控製。根據吹（chuī）煉時期對鍋爐汽包水位實（shí）行三衝量或單衝量調節。

　　(5) 氧槍（qiāng）和傾動係統采用交（jiāo）流傳動（dòng）控製（zhì），配（pèi）置緊急後備電源。在緊急情況下，**設備的（de）安全性。

　　(6) 副槍係統（tǒng）也采用交流傳動控製，配置（zhì）緊急後備電源，數據處理采用DIRC-5計算機係統，具有測量、定碳、定氧，可使用TSO定（dìng）氧探頭進行液麵的測量計算。

　　2、電氣傳動控製

　　煉鋼係統是鋼鐵廠的中心環節，轉爐（lú）傾動、氧槍升降電氣傳動設備的控製（zhì）有為重要，它（tā）與吹氧（yǎng）係統有著**直接的聯係，電（diàn）氣設備的控製速度與定位精度直接影響（xiǎng）到冶煉周期和吹氧效率，因此如何控製轉爐傾動設備以及如何自動快速**地進行氧槍、副槍位置控製成為提高鋼產量及質量的關鍵。

　　2、1轉爐傾動裝置電（diàn）氣傳動及控製方式（shì）

　　電氣傳動一般可采用公共支流母線和單（dān）獨一對一傳動兩種形式，而采用單（dān）獨一（yī）對一傳動形式（shì）從調速性和可靠性等方麵均具有優（yōu）越性。濟鋼三煉鋼1、2、3#轉爐采用的是單獨一對一傳（chuán）動（dòng）控（kòng）製方式，變頻器選用西門子SIMOVERT MASTERDRIVERS 6SE70係列三相交流矢量控製變頻（pín）器。該裝置的控製（zhì）功能（néng）有：帶編碼器的矢量（liàng）控製應用於需要高度**轉（zhuǎn）矩和動態響應;無（wú）編（biān）碼器的矢量控製在水泵、風機的簡單應用和U/f控製。

　　4台轉爐傾動電機同軸剛性連接，如果4台電機的輸出（chū）轉矩（jǔ）不平衡（héng），縮短電機使用壽命。因此必須解決4台電機負荷平衡問（wèn）題。采用一對一傳動方式（shì），可在傳動裝置上設置“主-從”方式，確定（dìng）主傳（chuán）動裝置，通（tōng）過脈衝編碼器引入速度（dù）反饋信號，設置公用（yòng）的調（diào）速調節器，將主傳動（dòng）的電（diàn）流調節器的輸入信號同時輸出到三台從裝（zhuāng）置的電流調節器中，由於（yú）電流調節器的輸入信號是相同的，其輸（shū）出（chū）也相（xiàng）同，故4台電動機可**在等同的負荷下運行，從而**了運轉設備的平穩性和負（fù）荷均衡性。

　　4台變頻器與主PLC之間通過DeviceNet網連接，每台變頻器通過網絡接受控製指令和速度給定，並將設備的運行狀態傳送給主PLC;4台變頻器通過SIMOLINK光纖網連接成一個環形結構，實現“一主（zhǔ）三從”的控製思想，完成主/從設備（bèi）之間的數據通訊。

　　2、2氧槍的電氣傳（chuán）動及其自動控製

　　2、2、1電氣傳動（dòng）

　　每組轉爐設（shè）備有2套氧槍升降機構(A槍和B槍)，配備2套變頻控（kòng）製櫃(A槍控製櫃和B槍控製（zhì）櫃)和一套製動控製櫃，一套作為工作槍，另一套（tào）作為備用（yòng）槍。變頻器選用SIMOVERT MASTERDRIVERS 6SE70係列三相交流矢量控製變頻器。

　　傳統的設計是“對應”控製方式，即（jí）A槍變（biàn）頻器控製A槍電機，B槍變頻器（qì）控（kòng）製B槍電機。1、2、3#轉爐自動控製係統中，兩套氧槍裝置增加了“交換”控製方式，即：當選擇開關置於“對（duì）應”控（kòng）製時（shí），還是A槍變頻器控製A槍電機，B槍變頻器控製（zhì）B槍電機;而當選擇開（kāi）關置於“交換”控製時，在不進行台車交換情況（kuàng）下（xià），就可完成A槍變（biàn）頻器（qì）控製（zhì）B槍電（diàn）機（jī），而B槍變頻器控製A槍電機。

　　氧槍（qiāng）“交換”控（kòng）製技術是一種全新的控製（zhì）技術。正（zhèng）常生產中，兩隻氧（yǎng）槍的變頻器、升降（jiàng）電機可以做到互為備用。其鮮明的特點有：機械故障時（shí），在台車不移動的情況下，可以（yǐ）通過電氣快速切換氧槍;電氣故障（zhàng）時，在（zài）不更換變頻器、台車不移（yí）動的情況下，可以快速實現氧槍的正常控製。

　　另（lìng）外,在氧槍製動控製上，**了氧槍電機（jī）的抱閘控製，實現（xiàn）了變頻器合/分閘、PLC程（chéng）序輸出、變頻器本身輸出三點連鎖控製抱閘，使製動控製技（jì）術更加**，係（xì）統更加安全、穩定（dìng）及可（kě）靠。主要特點有：當變頻器因故跳閘後（hòu），製動輸出自動實現（xiàn）抱閘，**了設備（bèi）的安全;當（dāng）PLC故障時，無論變頻器工作在什（shí）麽狀態，製動輸出都（dōu）處於（yú）抱閘狀（zhuàng）態，****設備不失控，提高了控製係統的可靠（kào）性和安全性。正常生產過程中，因變頻器內部或外部線路原因造成了變頻器不能正常工作和控製輸出，可通過PLC輸出完成電機（jī）的（de）抱閘，**了係（xì）統、設備的安全、可靠與穩定。

　　2、2、2氧槍的自動控製

　　氧氣（qì）頂吹轉爐的自動控製中，氧槍高度的正確與否是一個（gè）相當重要的（de）環節。采用**的吹氧自動控製槍位技（jì）術對氧槍的吹煉點進行控製，可使氧槍準確的停止在工藝操作要求的位置上，其定位的精度相當高，從而更好的**了煉鋼過程（chéng）計算機控製，實現了自（zì）動化。副槍作為另一種重要設備，在氧槍下槍吹煉前測量液麵高度，在（zài）吹煉周期中測溫（wēn）取（qǔ）樣，其（qí）同樣對（duì）速度、位置控製有嚴（yán）格的要求（qiú）。他們的（de）高度位置控製基本是相同的，下麵（miàn）以氧槍為（wéi）例，著重列舉其控製特點。

　　(1)位置控製

　　氧槍上下移（yí）動的距離通（tōng）過與電動轉（zhuǎn）筒同軸旋轉的兩個**編碼器來計測，即把垂直的（de）位置量（liàng）轉化為數字量。正常生產中（zhōng），以其中的一（yī）個為主，另一個**編（biān）碼器與之比較作為校（xiào）準信號，偏差（chà）超出設定範圍時發出報警（jǐng），過大時急停。

　　氧槍在多次上下移動過程中會產生突發（fā）性數字無差（chà）級（jí）編碼器數值換算時的累積（jī）誤差，如不加以修正則會發（fā）生氧槍檢測位置與實際位置的偏差。為解（jiě）決這一難題，可在氧（yǎng）槍的換槍位設置校正（zhèng）點。動作周期大體如下：預先將（jiāng）槍位的（de）高度實際值存入主PLC內存中（zhōng）;氧槍每次換槍提到換槍位時該信號讀入PLC中（zhōng），使此時氧槍實際高度檢測記憶值強製性修改。

　　(2)自動快速定位控製

　　現（xiàn）代化的轉爐煉鋼（gāng）氧槍在（zài）吹氧（yǎng）過程中是根據吹氧量的不同而（ér）自動調整槍（qiāng）位的。吹煉過（guò）程中氧（yǎng）槍調整槍位的速度將直接影響到冶煉周期和鋼的質量，因此希（xī）望氧槍能（néng）以**快的速度準確停止在指定位置。

　　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置的（de）速度指令。為縮短氧槍上升與下降時間，在設定（dìng）值與實（shí）際偏差較大時，以（yǐ）較大速度運行，當（dāng）設定值與實際偏（piān）差越來越小達到設（shè）定範圍時，控製速（sù）度給定按照預先設定的函數曲線減小，**終使氧槍準確停止在所要求（qiú）的位置上。

　　3、結束語

　　通過對國（guó）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（yào）求，采用當代**的技術設備而開發的1、2、3#轉爐自動控（kòng）製係（xì）統使煉鋼廠轉爐的自動控製和生產管理水平躍上了一個新的台階，滿足了（le）今後生產（chǎn）和新技術開發、生產管理和信息管理的需要。