煉鋼轉(zhuǎn)爐PLC系統(tǒng)自動控制研究

張晨光

摘 要：目前，轉(zhuǎn)爐煉鋼所采用的自動控制系統(tǒng)，滿足了氧氣轉(zhuǎn)爐的冶煉生產(chǎn)，生產(chǎn)與信息管理、新技術(shù)的開發(fā)需要，創(chuàng)建的巨大的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的推廣價值。本文通過對自動化控制系統(tǒng)作簡單介紹，并對其工藝和帶來的效果進(jìn)行分析，為煉鋼廠轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)自動化控制的了解提供參考。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐PLC 自動控制 監(jiān)控系統(tǒng)

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展， PLC系統(tǒng)在工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。鋼鐵企業(yè)已普遍采用PLC 來實(shí)現(xiàn)電氣和自動化控制。轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝較復(fù)雜， 檢測參數(shù)多， 設(shè)備動作頻繁。工藝參數(shù)檢測的準(zhǔn)確與否， 自動控制水平的高低， 直接關(guān)系到鋼水質(zhì)量與產(chǎn)量的高低。因此， 必須有一套檢測準(zhǔn)確、及時， 自動控制水平較高的控制系統(tǒng)， 才能穩(wěn)定生產(chǎn)， 滿足企業(yè)生存與發(fā)展的需求。在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，自動化已成為提高產(chǎn)量、保證鋼水質(zhì)量、降低消耗、改善操作和延長爐齡的重要手段，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1、工藝概述

轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要完成將鐵水和廢鋼冶煉成鋼水， 同時將冶煉過程中產(chǎn)生的煤氣和水蒸汽進(jìn)行回收再利用。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)主要工藝設(shè)備包括轉(zhuǎn)爐本體、轉(zhuǎn)爐傾動、氧槍升降、氧槍橫移系統(tǒng)、活動煙罩、汽化冷卻、一次除塵和煤氣回收系統(tǒng)； 輔助設(shè)備包括散狀料上料和散狀料投料及鋼包車、鋼渣車等； 還有相關(guān)的吹氧、吹氮、氮封、吹氬、水冷、氣動系統(tǒng)和電氣自動化及儀表系統(tǒng)等。

2、轉(zhuǎn)爐PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從工藝過程對控制的要求和需求分析得知，轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)要有準(zhǔn)確的速度控制和位置控制，控制系統(tǒng)要求穩(wěn)定可靠，故障率低。據(jù)此，本工程比較了幾個廠家的產(chǎn)品，最后選用德國西門子公司的矢量控制變頻器（SIMOVERT MASTER DRIVES）作為傳動裝置，實(shí)現(xiàn)速度控制；選用德國西門子公司SIMATIC S7系列可編程控制器（PLC）完成定位控制、順序控制和邏輯控制。

2.1 PLC 系統(tǒng)組成轉(zhuǎn)爐

PLC控制系統(tǒng)如圖1所示，整個系統(tǒng)由工控機(jī)、S7-400 PLC站、S7-300 PLC站及變頻控制柜等組成。各系統(tǒng)之間通訊通過工業(yè)以太網(wǎng)和Profibus網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。煉鋼主控制室設(shè)兩個PLC站，一個站負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)爐傾動、氧槍系統(tǒng)及散狀料系統(tǒng)的配套設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)采集和聯(lián)鎖控制；另一個站負(fù)責(zé)煙氣凈化系統(tǒng)及汽化冷卻系統(tǒng)的配套設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)采集和聯(lián)鎖控制。主控制室中設(shè)置兩臺上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控。風(fēng)機(jī)房控制室設(shè)一個PLC站，負(fù)責(zé)二次除塵系統(tǒng)及煤氣回收的控制，控制室中設(shè)置一臺上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控。煉鋼主控制室中的兩個PLC站都選用S7―400，風(fēng)機(jī)房控制室中的PLC站選用S7―300。氧槍傳動控制配置了兩套西門子的矢量控制變頻器，一用一備 轉(zhuǎn)爐傾動的傳動控制配置了四套西門子的矢量控制變頻器，三用一備。為避免變頻器高次諧波對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾，工程設(shè)計(jì)中采用屏蔽電纜。

2.2 PLC系統(tǒng)控制內(nèi)容

轉(zhuǎn)爐PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)按三電一體化綜合考慮。PLC系統(tǒng)控制內(nèi)容主要包括：轉(zhuǎn)爐傾動位置檢測、控制和聯(lián)鎖；氧槍系統(tǒng)檢測、控制和聯(lián)鎖；供氧、供氮系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的檢測及聯(lián)鎖；各種傳動設(shè)備的控制及聯(lián)鎖；冶煉用原材料系統(tǒng)的檢測、控制和聯(lián)鎖；冶煉過程中所需的各種數(shù)據(jù)檢測、記錄；汽化冷卻系統(tǒng)的檢測、控制和聯(lián)鎖：轉(zhuǎn)爐煙氣凈化和煤氣回收系統(tǒng)的檢測、控制和聯(lián)鎖等等。

傾動部分：轉(zhuǎn)爐傾動分三地操作，爐前主操作室和爐后機(jī)旁操作室及主操作室，設(shè)有指令轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)爐傾動操作有快速、慢速、正反轉(zhuǎn)及其信號顯示和爐子傾角顯示。

氧槍部分：氧槍系統(tǒng)為單小車雙卷揚(yáng)系統(tǒng)裝置，一套工作，一套備用。氧槍升降是用交流電機(jī)驅(qū)動。斷電時，用氣動馬達(dá)提槍。操作站可顯示氧槍實(shí)際槍位，可通過計(jì)算機(jī)鍵盤式按鈕控制槍位，冶煉過程中的待吹點(diǎn)、氧氣開閉點(diǎn)、氧槍變速點(diǎn)，吹煉點(diǎn)均可人工設(shè)定，并可隨時修正。

儀控部分：完成對各生產(chǎn)流程工藝參數(shù)的檢測、調(diào)節(jié)、報警、控制功能。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子WinCC軟件。工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC （Windows Control Center）是一個集成的人機(jī)界面（HMI）系統(tǒng)和監(jiān)控管理（SCADA）系統(tǒng)，它是結(jié)合西門子公司在過程自動化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微軟公司強(qiáng)大軟件功能的產(chǎn)物。生產(chǎn)過程的監(jiān)控任務(wù)由操作站來完成，它是操作人員完成生產(chǎn)過程監(jiān)控管理任務(wù)平臺。操作站可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)顯示、流程圖畫面、報警畫面、趨勢曲線顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲、報表打印及整個過程管理的控制，通過人機(jī)對話，可修改設(shè)定值，也可直接操作控制設(shè)備的運(yùn)行。根據(jù)系統(tǒng)要求，轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要組態(tài)畫面包括：煉鋼主畫面、氧槍傾動合閘畫面、儀表系統(tǒng)畫面、配料系統(tǒng)畫面、歷史曲線畫面、系統(tǒng)狀態(tài)畫面 報警一覽畫面、煙氣凈化畫面、汽化冷卻畫面和供料系統(tǒng)畫面。

通過各組態(tài)畫面操作人員可方便地掌握各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀況。以煉鋼主畫面為例，主畫面上主要包括內(nèi)容：主令聯(lián)鎖信號、氧槍供電、傾動操作位置、爐體位置、氧槍操作、傾動電機(jī)、傾動操作等。通過煉鋼主畫面可以觀察到轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況。

結(jié)語

通過對SIMENS公司的400 PLC在煉鋼自動化的應(yīng)用開發(fā)，尤其是實(shí)時檢測生產(chǎn)工藝和電控系統(tǒng)兩大參數(shù)群，判斷處理決策控制，結(jié)合開關(guān)量邏輯控制功能和運(yùn)行程序的在線熱備技術(shù)，豐富的報警顯示及提醒功能，使得煉鋼自動化系統(tǒng)具備故障自檢、智能控制和一定的故障應(yīng)對能力。經(jīng)實(shí)踐運(yùn)行，不僅實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐設(shè)備的零故障運(yùn)行， 而且設(shè)備的使用壽命大幅提高， 經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

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