PLC控制系統(tǒng)在昆鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

袁明路

摘 要：昆鋼4#、5#（50t）轉(zhuǎn)爐PLC自動控制系統(tǒng)升級更新之后與組態(tài)軟件和6RA70型直流調(diào)速裝置等相互結(jié)合，能夠極大程度地縮短轉(zhuǎn)爐煉鋼冶煉時間和出鋼率，明顯降低和控制轉(zhuǎn)爐煉鋼成本并為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)增加經(jīng)濟效益。文章介紹了昆鋼4#、5#（50t）轉(zhuǎn)爐PLC自動控制系統(tǒng)的升級更新、優(yōu)化和轉(zhuǎn)爐PLC控制系統(tǒng)的詳細配置、主要電氣控制系統(tǒng)功能及產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，詳情如下。

關(guān)鍵詞：PLC；轉(zhuǎn)爐；自動控制系統(tǒng)；升級；配置；經(jīng)濟效益

一、自動控制系統(tǒng)存在的問題

4#、5#轉(zhuǎn)爐氧槍和傾動PLC控制系統(tǒng)原來均采用西門子S5系列的控制模塊和控制方式，由于控制模塊只剩少量庫存量，備品備件嚴重短缺，加上在線設(shè)備使用時間較長，大部分PLC模塊及檢測裝置原件已經(jīng)老化，輸入輸出信號故障頻發(fā)，維護的成本較高，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)故障情況下更改控制程序困難，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定可靠，維護工作難以持續(xù)開展下去，造成轉(zhuǎn)爐冶煉時間較長，嚴重影響轉(zhuǎn)爐產(chǎn)鋼量，難以適應(yīng)昆鋼當前高效率、快節(jié)奏的煉鋼生產(chǎn)。

二、轉(zhuǎn)爐本體及氧槍控制系統(tǒng)的升級更新和優(yōu)化

（一）系統(tǒng)設(shè)計總體構(gòu)架

西門子S5系列的PLC自動控制系統(tǒng)全部更換、升級為西門子S7系列的PLC自動控制系統(tǒng)。主站均采用西門子S7-400系列的PLC模塊和ET200M的總線結(jié)構(gòu)方式，即主機架和CPU采用S7-400系統(tǒng)，輸入、輸出模塊采用S7-300系統(tǒng)模塊為ET200M遠程站。同時6臺西門子6RA70系列傾動和氧槍直流調(diào)速裝置、氧槍高度編碼器（倍加福系列多圈絕對型編碼器）、傾動角度編碼器（倍加福系列單圈絕對型編碼器）均采用ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)通訊方式和PLC主站S7-400的通訊模塊進行通訊和數(shù)據(jù)交換。如圖1、圖2所示：

（二）轉(zhuǎn)爐氧槍及轉(zhuǎn)爐傾動6RA70系列直流調(diào)速控制系統(tǒng)

本文主要采用西門子系列PLC與6RA70系列直流調(diào)速裝置、上位機編程組態(tài)軟件相結(jié)合的形式，實現(xiàn)對直流電動機的精準調(diào)速控制。Step 7和Wincc編程軟件主要針對6RA70系列直流調(diào)速裝置和直流電機的通訊數(shù)據(jù)的采集和自動調(diào)頻、調(diào)速控制。并對其加以硬件組態(tài)和PLC自動控制程序編寫。如圖2所示：

（三）網(wǎng)絡(luò)通訊優(yōu)化

4#、5#轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐氧槍及轉(zhuǎn)爐本體PLC自動控制系統(tǒng)采用PROFIBUS_DP現(xiàn)場總線方式通訊，轉(zhuǎn)爐氧槍及轉(zhuǎn)爐本體的所有現(xiàn)場遠程I/O站、編碼器、6RA70系列直流調(diào)速裝置構(gòu)成同一PROFIBUS_DP網(wǎng)絡(luò)。同時把4#、5#轉(zhuǎn)爐儀表PLC、轉(zhuǎn)爐氧槍及轉(zhuǎn)爐本體PLC和6#轉(zhuǎn)爐儀表PLC之間采用以太網(wǎng)的通訊方式進行連接和安全聯(lián)鎖，實現(xiàn)三座轉(zhuǎn)爐本體、汽化、儀表、除塵風機系統(tǒng)之間相互通訊，數(shù)據(jù)交換。如圖3所示：

三、轉(zhuǎn)爐本體及氧槍PLC自動控制、聯(lián)鎖系統(tǒng)組成及原理

（一）4#、5#轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)設(shè)備組成

4#、5#轉(zhuǎn)爐本體及氧槍PLC控制系統(tǒng)分別由2臺西門子S7-400 系列PLC模塊組成。轉(zhuǎn)爐儀表控制系統(tǒng)（含上料系統(tǒng)）、汽化系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)也分別由2臺西門子S7-400 系列PLC模塊、2臺西門子光纖交換機、光纖組成，和轉(zhuǎn)爐本體及6#轉(zhuǎn)爐之間建立工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

4#、5#轉(zhuǎn)爐本體及氧槍PLC控制系統(tǒng)上位機操作站、工程師站共計4臺、電腦通過以太網(wǎng)口、網(wǎng)線連接至24口以太網(wǎng)交換機上，上位機并安裝有STEP7、WINCC等編程調(diào)試軟件供現(xiàn)場安裝調(diào)試使用。

4#、5#轉(zhuǎn)爐本體及氧槍PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線為Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，由帶DP接口的CPU模塊（CPU416-2DP）、CP443-5 Ext、ET200M遠程站模板構(gòu)建，4個系統(tǒng)有各自的DP網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場操作箱、接線箱等。

CP443-1模板主要用于4#、5#轉(zhuǎn)爐本體及氧槍PLC控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐儀表控制系統(tǒng)（含上料系統(tǒng)）、汽化系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)以及和6#轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)之間的以太網(wǎng)通訊連接。

（二）主要電氣控制系統(tǒng)的功能

1.氧槍升降系統(tǒng)。采用倍加福雙圈絕對型高精度編碼器檢測氧槍位置高度，并加以主令控制器和機械限位配合使用，從而實現(xiàn)氧槍高低速切換自動升降控制及自動提槍和停槍控制。人性化設(shè)計，方便操作，可提高操作人員工作效率，縮短冶煉周期時間，提高生產(chǎn)效率。

2.轉(zhuǎn)爐本體傾動控制系統(tǒng)。由轉(zhuǎn)爐傾動PLC系統(tǒng)控制4臺直流調(diào)速裝置，同時驅(qū)動4臺直流電機，通過減速機構(gòu)，使轉(zhuǎn)爐可以360°自由旋轉(zhuǎn)；采用倍加福單圈絕對型角度編碼器檢測爐體旋轉(zhuǎn)角度，當爐體旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)角度區(qū)域時實現(xiàn)爐體高低速的自動切換功能，實時檢測爐體角度值，其值可通過0°機械限位來校正；為保證4臺電機轉(zhuǎn)矩同步，由其中一臺為主，其它三臺為輔，實現(xiàn)電機主從控制，4臺電機平時全部投用，特殊情況最多允許使用一臺電機工作，這樣當其它三臺電機設(shè)備故障時，一臺電機仍可以應(yīng)急處理，保證生產(chǎn)不受影響；從而提高轉(zhuǎn)爐爐體操作、控制功能，保證安全連鎖生產(chǎn)，提高冶煉效率。

3.轉(zhuǎn)爐氧槍事故提升系統(tǒng)。采用蓄電池供電來提升氧槍，蓄電池供電和氧槍直流調(diào)速裝置供電，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)交直流供電系統(tǒng)的互鎖與切換蓄電池自動提槍功能，以保證轉(zhuǎn)爐因停電而影響轉(zhuǎn)爐安全生產(chǎn)的可靠性，通過事故聯(lián)鎖操作，從而保證轉(zhuǎn)爐氧槍能夠及時提出轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)并停至氧槍上限位位置處，完全避免安全惡性事故發(fā)生，保證轉(zhuǎn)爐順利生產(chǎn)和突發(fā)事故應(yīng)急處理。

4.原料系統(tǒng)。控制煉鋼所需散裝料的備料及下料。散裝料通過料倉、給料器、稱量料斗、下料溜槽進行控制及聯(lián)鎖，完成定量散裝料的加入工作。

5.儀控系統(tǒng)。主要包括汽包液位、除氧器水位、頂吹氧氣流量調(diào)節(jié)、底吹模式及流量調(diào)節(jié)、二文液壓控制以及溫度、壓力、流量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集處理，同時實現(xiàn)儀表參數(shù)和氧槍控制自動聯(lián)鎖，保證生產(chǎn)安全。

6.轉(zhuǎn)爐除塵系統(tǒng)。轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)主要完成對4#、5#轉(zhuǎn)爐除塵風機和轉(zhuǎn)爐氧槍及轉(zhuǎn)爐本之間的轉(zhuǎn)速聯(lián)鎖控制、煤氣聯(lián)鎖回收各閥門控制、儀表參數(shù)的采集處理工作。

四、經(jīng)濟效益分析

提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，降低設(shè)備故障率。S5系統(tǒng)因系統(tǒng)老化每年都會出現(xiàn)2-3次系統(tǒng)內(nèi)部故障，使用老式編程器來查看排查處理故障時間較長。系統(tǒng)升級為S7系統(tǒng)后每兩年可能會出現(xiàn)1次plc故障情況，且處理時間極短，均控制在1小時以內(nèi)，對生產(chǎn)的影響幾乎可以忽略不計。

系統(tǒng)備件與6#轉(zhuǎn)爐統(tǒng)一，便于備品件的管理，有效降低系統(tǒng)備件儲備量。若備S5系統(tǒng)備件，整個系統(tǒng)預(yù)計備件費用達到50萬元以上，且個別模塊市場已經(jīng)無法購買。升級后備件可以采用與其他西門子S7系統(tǒng)共享備件的方式，則可以大大降低控制系統(tǒng)備件費用。

五、結(jié)語

昆鋼4#、5#轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)經(jīng)過一系列的升級改造及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化完善后，一些操作畫面的改造方便操作，設(shè)計更加合理且人性化；大大降低控制系統(tǒng)備件費用及維護成本；冶煉時間得以大幅度減少，提高了各鋼種的質(zhì)量和出鋼率，從而大大降低了操作人員勞動強度，更使昆鋼的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益得到了較大提高。