120噸轉(zhuǎn)爐傾動與氧槍控制系統(tǒng)

王 明，王玉昌

內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010

120噸轉(zhuǎn)爐傾動與氧槍控制系統(tǒng)

王 明，王玉昌

內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010

本文針對包鋼120噸轉(zhuǎn)爐傾動與氧槍控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)采用西門子6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置，并對開關(guān)抱閘進(jìn)行分析。氧槍控制系統(tǒng)構(gòu)成位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，位置反饋采用公式法實(shí)現(xiàn)雷格碼轉(zhuǎn)換，介紹了事故抬槍的方法；控制系統(tǒng)采用PLC S7-400系列與wincc7.0組態(tài)軟件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場整體設(shè)備的自動監(jiān)控。

傾動；氧槍；傳動

傾動與氧槍系統(tǒng)在轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中起著重要的作用，氧槍的定位精度直接影響到轉(zhuǎn)爐吹煉的工作效率和吹煉時(shí)間。同時(shí)，轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)，在自由360o旋轉(zhuǎn)時(shí)，要求電機(jī)運(yùn)行電流平衡，保證傾動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。

1 轉(zhuǎn)爐傾動與氧槍系統(tǒng)工藝介紹

120噸轉(zhuǎn)爐傾動采用全懸掛式傳動系統(tǒng)。工作原理為四臺電機(jī)同時(shí)驅(qū)動，拖動一級減速機(jī)和二級減速機(jī)，二級減速機(jī)與轉(zhuǎn)爐驅(qū)動端耳軸連接，將轉(zhuǎn)爐爐體進(jìn)行360o旋轉(zhuǎn)，完成出鋼、倒渣、兌鐵、測溫、取樣等工藝流程。

氧槍通過升降裝置將氧槍停在轉(zhuǎn)爐熔池上方，將高速動能的氧氣吹入轉(zhuǎn)爐熔池，主要完成轉(zhuǎn)爐頂吹氧氣及氮?dú)?，從而完成鋼的冶煉和濺渣護(hù)爐的任務(wù)。

2 傾動控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)由四臺西門子6RA70系列數(shù)控器組成，四臺數(shù)控器采用一主三從的工作模式，一臺數(shù)控器被設(shè)為主傳動工作模式，其他三臺數(shù)控器工作在從傳動模式。主傳動數(shù)控器以速度/力矩工作模式工作，主傳動數(shù)控器通過選擇開關(guān)對兩臺數(shù)控器進(jìn)行選擇作為主控制器，并將數(shù)控器內(nèi)數(shù)據(jù)組分為兩組，主從數(shù)據(jù)組自動切換。轉(zhuǎn)爐上位機(jī)PLC系統(tǒng)通過數(shù)控器端口對主數(shù)控器進(jìn)行給定速度，主數(shù)控器發(fā)送消息通過光纖環(huán)網(wǎng)至數(shù)控器其他三臺從機(jī)，內(nèi)容包括主機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速、力矩及運(yùn)行指令等，從機(jī)利用Simolink光纖環(huán)網(wǎng)與主傳動數(shù)控器連接，從而實(shí)現(xiàn)與主傳動的速度和力矩分配的任務(wù)［1］。主數(shù)控器通過編碼器反饋形成速度環(huán)，數(shù)控器設(shè)置參數(shù)形成電流環(huán)，構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)爐傾動通過控制字的方式對數(shù)據(jù)給定，數(shù)據(jù)組1為通過PROFIBUS通訊對CB板進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)組2為主數(shù)控器利用SIMOLINK光纖通訊對其它三臺數(shù)控器進(jìn)行交換數(shù)據(jù)信息。6RA70數(shù)控器數(shù)字量輸出端子46、47與端子48、54可輸出24V電壓，兩對端子外接兩個繼電器，為低速檢測繼電器K16和力矩檢測繼電器K17。如圖1，P373.001=20低速檢查信號，P374.001=1低速檢查的滯環(huán)，輸出狀態(tài)字1第十位，P771=0120連接狀態(tài)位，驅(qū)動內(nèi)部放大器，端子46輸出24V電壓。傾動速度下降至20％額定轉(zhuǎn)速時(shí)，K16繼電器通電閉合，制動器進(jìn)入制動狀態(tài)，傾動電機(jī)提前進(jìn)入制動狀態(tài)，避免轉(zhuǎn)爐爐體停止不穩(wěn)定。如圖2，P590=117修改為電樞電流設(shè)定，P591=0實(shí)際電樞電流為零，差值結(jié)果經(jīng)絕對值運(yùn)算，P388=20，P389=2差值結(jié)果大于20并時(shí)滯2秒后延時(shí)發(fā)送到狀態(tài)字1的第八位，P772=0116連接狀態(tài)位，驅(qū)動內(nèi)部放大器，端子48輸出24V電壓。數(shù)字量輸出端子48、54外接力矩檢測繼電器K17，電樞電流達(dá)到20％額定電樞電流時(shí)，抱閘進(jìn)入打開狀態(tài)，力矩檢測的作用是直流電機(jī)建立一定的力矩時(shí)，抱閘才能打開，否則轉(zhuǎn)爐爐體會下滑，系統(tǒng)不穩(wěn)定，容易發(fā)生人身傷害事故。

3 氧槍控制系統(tǒng)

氧槍的高度檢測采用與電機(jī)減速機(jī)相連的絕對值編碼器進(jìn)行位置檢測，將氧槍的高度值傳送給S7-400 PLC控制裝置，并與氧槍的實(shí)際要求的位移設(shè)定值進(jìn)行比較，之后向數(shù)控器輸出控制給定轉(zhuǎn)速值，數(shù)控器內(nèi)部進(jìn)行速度環(huán)、電流環(huán)調(diào)節(jié)后作用于電機(jī)，氧槍提升或下降，絕對值編碼器采集的位置信號反饋至PLC給定位移值，實(shí)現(xiàn)位置隨動系統(tǒng)。氧槍位置隨動控制系統(tǒng)，數(shù)值精確高、性能穩(wěn)定，定位精度小于2cm，滿足氧槍升降裝置的工作要求。

絕對值編碼器檢測的格雷碼，相鄰兩個碼值只有一位不同，具有數(shù)據(jù)唯一性，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，安全可靠，不容易發(fā)生錯誤。在PLC控制的氧槍定位系統(tǒng)中，必須將編碼器檢測出來的格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的BCD碼［2］。轉(zhuǎn)換方法有兩種：一種是查表法，根據(jù)一個格雷碼對應(yīng)唯一的BCD碼，進(jìn)行查表；第二種方法是公式法，根據(jù)卡諾圖公式對格雷碼進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)主要從卡諾圖公式法對格雷碼轉(zhuǎn)換。

BCD碼：Bn-1、Bn-2、Bn-3、Bn-4……B2、B1、B0

格雷碼：Gn-1、Gn-2、Gn-3、Gn-4……G2、G1、G0

Bn-1= Gn-1

Bn-2= Gn-2⊕Bn-1

Bn-3= Gn-3⊕Bn-2

B1= G1⊕B2

B0= G0⊕B1

PLC通過公式法，將格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制BCD碼，運(yùn)算方便、效率高，解決了西門子PLC數(shù)值轉(zhuǎn)換的問題。

4 氧槍事故抬槍

當(dāng)氧槍供電系統(tǒng)異常掉電時(shí)，氧槍可能正在吹煉，氧槍在冷卻水供應(yīng)不足的條件下，容易發(fā)生燒損氧槍的故障，急需氧槍上升。氧槍系統(tǒng)增加另一路變壓器供電系統(tǒng)電源，當(dāng)氧槍供電系統(tǒng)掉電，可通過操作刀閘開關(guān)，切換到另一路變壓器供電電源，電源直接供給氧槍系統(tǒng)，經(jīng)過事故操作開關(guān)，氧槍上升到上位，體現(xiàn)了氧槍控制系統(tǒng)的安全性。

5 上位機(jī)控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐傾動與氧槍控制系統(tǒng)通過編程軟件STEP7 V5.5軟件和組態(tài)軟件WINCC 7.0來實(shí)現(xiàn)的，通過下位機(jī)組態(tài)軟件STEP7 V5.5編寫控制程序，將控制程序下載到PLC控制器中，PLC根據(jù)檢測到的設(shè)備輸入狀態(tài)，通過控制程序執(zhí)行具體操作。在主控室可以操作現(xiàn)場設(shè)備，重要過程值的歸檔、趨勢顯示、報(bào)警以及查詢都是通過上位機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。

6 結(jié)束語

本文給出了轉(zhuǎn)爐傾動與氧槍系統(tǒng)的控制方式，并對傳動內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行分析，保證轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和氧槍系統(tǒng)的定位精確性。實(shí)踐證明，竣工后的120噸轉(zhuǎn)爐各方面運(yùn)行狀況良好，滿足系統(tǒng)要求。

［1］閆金凱.轉(zhuǎn)爐傾動電機(jī)協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究［D］.北方工業(yè)大學(xué)，2010.

［2］馬彥霞，陳玉國，司愛國.PLC中將格雷碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼一種運(yùn)算方法［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006：10-1.

TP2

A

1674-6708（2015）147-0168-02