張志華 葉新林 陳 川

一、轉(zhuǎn)爐煉鋼氧槍控制系統(tǒng)

1.工作原理

轉(zhuǎn)爐煉鋼氧槍控制精度優(yōu)劣直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、爐齡以及設(shè)備安全，其中槍位檢測(cè)是影響氧槍自動(dòng)控制水平的主因。水鋼二煉鋼100t轉(zhuǎn)爐氧槍（圖1）控制系統(tǒng)由PLC控制單元、大功率變頻器和檢測(cè)裝置（機(jī)械式主令控制器、增量編碼器、絕對(duì)編碼器）等組成，系統(tǒng)1用1備。操作臺(tái)將給定控制信號(hào)送至PLC控制單元，經(jīng)PLC處理后驅(qū)動(dòng)變頻器，變頻器帶動(dòng)電機(jī)完成氧槍升降。為保證氧槍控制可靠性和安全性，在氧槍驅(qū)動(dòng)電機(jī)尾部同軸安裝的絕對(duì)編碼器用于檢測(cè)氧槍標(biāo)高和顯示，不參與控制，增量編碼器檢測(cè)電機(jī)速度，實(shí)現(xiàn)變頻矢量控制。在氧槍鋼繩卷筒減速機(jī)輸出軸安裝的主令控制器由機(jī)械凸輪和無觸點(diǎn)接近開關(guān)組成，該控制器將檢測(cè)的槍位定位點(diǎn)開關(guān)量信號(hào)送至PLC，PLC處理后輸出控制信號(hào)給變頻器，完成氧槍的高低速控制、槍位顯示和滿足工藝要求的氧槍槍位定位。

2.存在的問題

氧槍工作平臺(tái)粉塵大，主令機(jī)械傳動(dòng)卡阻造成檢測(cè)點(diǎn)工作位置飄移嚴(yán)重。更換氧槍或鋼繩后，槍位標(biāo)高全部發(fā)生變化需要重新整定，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。鋼繩長(zhǎng)期使用后自然拉伸等原因造成氧槍在吹煉時(shí)槍位與實(shí)際不符，不能達(dá)到最佳控制效果，危及人身及設(shè)備安全。每次事故或檢修后都要調(diào)整校準(zhǔn)氧槍槍位，一次校槍時(shí)間通常需要2h以上。

二、改造措施

1.改造方案

氧槍工作過程中的位置信號(hào)檢測(cè)精度，直接制約煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏、產(chǎn)品質(zhì)量、控制精度及安全，因此，改造關(guān)鍵是選擇氧槍控制信號(hào)檢測(cè)元件。經(jīng)對(duì)比主令控制器和絕對(duì)編碼器性能（表1），選擇P+F公司PVM58I-021AGR0BN-1213型絕對(duì)編碼器作為氧槍控制信號(hào)的采集傳感器。

表1

轉(zhuǎn)爐煉鋼氧槍控制系統(tǒng)改造后見圖2，將絕對(duì)編碼器安裝在原主令控制器位置，主要原因：①該處轉(zhuǎn)速低，編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)少，振動(dòng)小，可提高編碼器使用壽命。②擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍，有效保證控制精度。③更換電機(jī)或卷筒時(shí)對(duì)絕對(duì)編碼器無影響，降低檢修作業(yè)時(shí)間。氧槍上、下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)絕對(duì)編碼器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生數(shù)字脈沖信號(hào)，根據(jù)工藝要求，使用軟件將絕對(duì)編碼器輸出的數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為氧槍工作過程中的開關(guān)量控制信號(hào)（如換槍打渣點(diǎn)、等待點(diǎn)、氮封口點(diǎn)及待吹點(diǎn)等），再利用開關(guān)量信號(hào)經(jīng)邏輯運(yùn)算后送出控制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)變頻器邏輯單元，控制氧槍的速度和啟停。

2.軟件轉(zhuǎn)換步驟

（1）將絕對(duì)編碼器采集的數(shù)字脈沖信號(hào)送到PLC，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，再根據(jù)P+F公司絕對(duì)編碼器特點(diǎn)進(jìn)行編程，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，以利于數(shù)據(jù)顯示和計(jì)算，轉(zhuǎn)換程序見圖3，相關(guān)數(shù)據(jù)含義見表2。

（2）將轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)的絕對(duì)編碼器脈沖數(shù)，通過氧槍校槍程序（圖4）計(jì)算出氧槍行程（標(biāo)高），相關(guān)數(shù)據(jù)含義見表3。結(jié)合圖5介紹校槍程序，設(shè)氧槍提升到上限位、降到下限位時(shí)絕對(duì)編碼器采集的脈沖數(shù)分別為M、N，氧槍上限位和下限位現(xiàn)場(chǎng)安裝高度分別為 a（m）、b（m），a、b 為實(shí)際標(biāo)高，氧槍行走單位m，脈沖數(shù)為C，氧槍行程位置高度為x（即槍位），氧槍行程瞬時(shí)脈沖數(shù)為H。氧槍行程公式，C＝（M－N）/（a－b），x＝a－[（M－H）/C]。

（3）設(shè)定上限位、下限位、換槍點(diǎn)、開氧點(diǎn)、關(guān)氧點(diǎn)等位置的實(shí)際物理數(shù)值，利用PLC的比較指令功能，生成“1”和“0”的開關(guān)量信號(hào)，將氧槍行程（標(biāo)高）轉(zhuǎn)換成工藝要求的換槍打渣點(diǎn)、等待點(diǎn)、氮封口點(diǎn)等位置的開關(guān)量信號(hào)。部分位置的轉(zhuǎn)換程序見圖 6，Q20.0為換槍打渣點(diǎn)信號(hào)，Q20.1為等待點(diǎn)信號(hào)，DB2031.DBD80為編碼器送到PLC脈沖換算后的數(shù)值。其他各控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換原理相同，數(shù)字量輸出模塊對(duì)應(yīng)功能見表4。

3.增加的軟、硬件功能

（1）硬件部分。增加1個(gè)6ES7 321-7BH01-0AB0數(shù)字量輸出模塊（16×24V/0.5A），控制1臺(tái)轉(zhuǎn)爐A、B槍（每支槍8個(gè)工作點(diǎn)）。增加16只中繼，將新增DO輸出模塊信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)接后送入到原主令輸出對(duì)應(yīng)端子上，主要作用是便于觀察氧槍運(yùn)行過程中至各控制點(diǎn)的情況，分析故障，隔離信號(hào)，提高工作可靠性。

表2

（2）軟件部分。增加兩個(gè)功能塊（FC）和背景數(shù)據(jù)塊（DB），分別控制A、B槍，并相應(yīng)調(diào)整組織塊（OB）。西門子S7系列PLC編程中的FC是為用戶提供的編程接口，DB是為用戶提供的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接口，OB是為用戶提供的編程組織協(xié)調(diào)接口，它將用戶程序與系統(tǒng)程序相連結(jié)。此次改造將絕對(duì)編碼器采集數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換程序定義為兩個(gè)功能塊FC72和FC73，將絕對(duì)編碼器采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)定義為兩個(gè)背景數(shù)據(jù)塊DB72和DB73。在OB1組織塊中，編程調(diào)入FC72和FC73，當(dāng)操作工在HMI畫面上選擇A槍（或B槍）操作時(shí)，OB1 組織調(diào)入 FC72（或 FC73）控制A槍（或B槍）在換槍打渣點(diǎn)、等待點(diǎn)、氮封口點(diǎn)、待吹點(diǎn)等各點(diǎn)的速度和啟停。

4.改變校槍模式

原校槍模式是1名電工在氧槍平臺(tái)打開主令控制器調(diào)整準(zhǔn)備，1名電工手持對(duì)講機(jī)在操作室內(nèi)保持聯(lián)系。在校槍模式下，操作人員在HMI畫面，操作氧槍做升、降動(dòng)作，當(dāng)氧槍通過各工藝設(shè)計(jì)確定的點(diǎn)時(shí)，通知氧槍平臺(tái)電工分別調(diào)整相應(yīng)的主令觸點(diǎn)開關(guān)與各工作點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。由于調(diào)整時(shí)各開關(guān)點(diǎn)相互影響，有時(shí)僅1個(gè)點(diǎn)就要調(diào)整30多分鐘，對(duì)所有控制點(diǎn)難以一次調(diào)校成功，有時(shí)需要反復(fù)校對(duì)2～3次。改造后校槍模式僅需1名操作工在操作室HMI畫面將氧槍轉(zhuǎn)到校槍模式下操作氧槍，當(dāng)氧槍下降到下限位時(shí)，記錄下限位的脈沖數(shù)，然后將氧槍提升到上限位，記錄下上限位的脈沖數(shù)。將記錄的上、下極限位的脈沖數(shù)，分別賦值給指定變量，通過PLC按照預(yù)先編好的校槍程序自動(dòng)完成其余各工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)算，這樣即輕松、準(zhǔn)確完成氧槍校準(zhǔn)工作，一次校槍僅需10min（校槍模式下氧槍運(yùn)行很慢）。

三、改造效果

轉(zhuǎn)爐氧槍控制系統(tǒng)槍位檢測(cè)改用絕對(duì)編碼器后使用3年，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、工作可靠，事故影響時(shí)間從每月240多分鐘降至0?？刂凭扔?5cm提高至3mm，校槍時(shí)間由2h縮短到約10min，提高了轉(zhuǎn)爐連續(xù)作業(yè)率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

表3

表4

W 11.12-19