杜奇超　晁亞東　郭瑞敏　張衛(wèi)娟

[摘 要] 文章介紹安鋼100噸轉爐電氣控制系統(tǒng)的設計思想，詳細闡述電氣控制系統(tǒng)的配置與功能，對于電控系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題，提出切實可行的方法措施，進行優(yōu)化完善。

[關鍵詞] 轉爐；電控系統(tǒng)；優(yōu)化

[作者簡介] 杜奇超，河南安陽鋼鐵公司第一煉軋廠電氣科高級工程師，研究方向：冶金自動化，河南 安陽，455004；晁亞東，河南安陽鋼鐵公司銷售公司設備科助理工程師，研究方向：冶金自動化，河南 安陽，455004；郭瑞敏，安陽鋼鐵集團公司第一煉軋廠電氣科助理工程師，研究方向：冶金設備及流體控制，河南 安陽，455004；張衛(wèi)娟，安陽鋼鐵集團公司第二煉鋼廠機修車間工程師，研究方向：冶金設備及流體控制，河南 安陽，455004

[中圖分類號] TF71 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）03-0026-0002

安鋼100t轉爐2004年3月投產，工藝流程為：65t鐵水罐―900t混鐵爐―100t轉爐―100t精煉爐，主要裝備為：100t頂?shù)讖痛缔D爐、100t精煉爐、合金上料、除塵等。電控系統(tǒng)配備了先進的自動化系統(tǒng)，對煉鋼生產進行過程檢測和控制，實現(xiàn)煉鋼生產現(xiàn)代化。

一、系統(tǒng)組成

轉爐自動化控制采用以PLC+PC為基礎的三電一體化分散型控制系統(tǒng)，完成對煉鋼設備的自動控制和連鎖功能，設有人機界面（MMI）集中顯示煉鋼主要設備的運行狀態(tài)和煉鋼過程所需的溫度、重量、成分等工藝參數(shù)。電氣控制設備主要包括：復吹、氧槍傾動、汽化系統(tǒng)、上料、投料和二次除塵等基礎自動化PLC單元，分別有各自的DP網絡，遠程站為各現(xiàn)場操作臺控制箱、傳動裝置變頻器等，現(xiàn)場總線為PROFIBUS-DP網絡，由CPU模板自帶的 Dp接口、CP443-5模板、遠程I/O模板構成。

二、電控系統(tǒng)功能

（一）轉爐爐體傾動系統(tǒng)

爐體傾動是由變頻器驅動的四臺75kW籠型電機完成。通過兩級減速機構使爐體可以實現(xiàn)360度旋轉，電動機非負荷端裝有測速編碼器，所檢測的實時轉速反饋給變頻器，構成速度閉環(huán)，實現(xiàn)速度精準控制。為保證四臺電機轉矩和速度的同步，四臺變頻器組成SIMOLINK主-從結構的環(huán)網，其中由一號或二號為主控制單元。正常情況下四臺電機全部投用，在故障時允許使用三臺電機進行工作完成一個爐次的冶煉。四臺電機的負荷端配備有機械抱閘，其打開和關閉由電力液壓推器完成，推動器由變頻器自動控制。轉爐耳軸端裝有角度編碼器，能實時給出爐體傾動的角度，其值可通過零度機械限位進行校正，該編碼器為圖爾克的終端設備，作為遠程站掛在傾動PLC的PROFIBUS-DP網絡上。

（二）氧槍傳動系統(tǒng)

氧槍升降控制由一臺75kW電機完成，該電動機由一臺變頻器驅動，在電動機非負荷端裝有測速編碼器，所檢測的實時轉速反饋給變頻器，構成速度閉環(huán)，實現(xiàn)速度精準控制。氧槍升降電動機的負荷端和卷筒側配備有機械制動器，其打開和關閉由電力液壓推動器完成，推動器由變頻器實現(xiàn)控制。在氧槍控制中高度檢測與控制是核心，由三套裝置來實現(xiàn)氧槍位置的準確可靠檢測，它們分別是：安裝在氧槍升降卷筒軸上的編碼器和凸輪開關以及安裝在氧槍升降軌道上的機械限位。凸輪開關使用不便，每次換繩都需調整，而調整比較繁雜，通常情況下使用編碼器控制，它不僅使用方便、工作可靠，同時能給出連續(xù)變化的氧槍位置值。氧槍編碼器采用圖爾克的終端設備，作為遠程站掛在傾動PLC的PROFIBUS-DP網絡上，可用機械限位對編碼器測量值進行校正。與氧槍相關的電氣連鎖為：爐體傾動與氧槍高度的連鎖，氧槍在爐內絕對是禁止搖爐的；同樣爐體是否垂直也限制氧槍能否下降；氧槍下降至開氧點，冶煉用氧氣閥門自動打開；在濺渣模式時氧槍到達開氮點，氮氣閥門自動打開，在冶煉過程中出現(xiàn)異常情況，控制系統(tǒng)具有緊急提槍功能，保證人身及設備安全。

（三）頂?shù)讖痛迪到y(tǒng)

該系統(tǒng)配有大量I/O模板，檢測流體的溫度、流量、壓力等，當接收到傾動PLC給出的相關生產指令后，打開相應閥門。頂吹即對氧槍的氧氣氮氣閥門、冷卻水水閥門的控制。底吹是對爐底裝的六個支管上的閥門進行控制，吹出氬氣或氮氣保證冶煉時能夠充分對鋼液進行攪拌。

（四）汽化、除塵系統(tǒng)

轉爐冶煉時能產生大量煙氣，由汽化除塵系統(tǒng)對煙氣進行處理，主要設備有一文、二文、汽包、除氧器等。電氣設備主要是供水泵和循環(huán)泵，通過兩臺西門子變頻器、四臺軟啟動設備進行控制，其他裝在管路上的眾多閥門，采用接觸器繼電器通過PLC進行自動控制。終端的除塵部分為2000kW電機傳動的風機和布袋除塵器。二次除塵系統(tǒng)主要對上料、投料、爐口等處的灰塵氣體進行處理，配備有2500kW電機傳動的風機和布袋除塵器設備。

三、系統(tǒng)優(yōu)化與改進

轉爐自控系統(tǒng)技術雖然先進，但因設計上不盡合理，系統(tǒng)運行不夠平穩(wěn)，設備事故時有發(fā)生，經過艱苦的技術攻關，對轉爐電氣控制系統(tǒng)進行大量的優(yōu)化改進，取得顯著成效。

（一）上料系統(tǒng)

二次除塵在輔原料鐵合金系統(tǒng)裝有16個除塵閥門，現(xiàn)場閥門處于常開狀態(tài)，風機負載較大，電能消耗居高不下。對除塵程序修改完善，實現(xiàn)自動控制，當上料車到某個料倉口且皮帶正在運行時，對應倉口的除塵閥門自動打開，其他閥門全部關閉。這樣既提高了風道壓力，顯著改善除塵效果，同時降低風機電機的電能消耗經濟效益可觀。

（二）氧槍提升事故改造

氧槍提升抱閘原設計只有一個，使用中易出現(xiàn)因抱閘磨損或調整不到位等而發(fā)生溜槍事故。為此增加一套液壓抱閘，提高氧槍運行的安全可靠性。同時增加事故提升裝置，當氧槍電機、變頻器或速度編碼器出現(xiàn)故障導致氧槍不能提升或溜槍時，生產操作人員可通過開啟由UPS電源驅動的事故電機來提升氧槍，保證順利更換氧槍，同時切斷氧槍變頻器電源，避免惡性事故的發(fā)生。

（三）底吹改造

底吹系統(tǒng)是煉鋼不可缺少的設備，主要由氮氣和氬氣兩個切斷閥及6個支管調節(jié)閥及自動設定單元組成。原設計氮氣和氬氣兩個切斷閥根據(jù)煉鋼時間段不同，進行相應的開關操作。隨著鋼種的增多，單一模式不能滿足要求，同時支管的堵塞也影響底吹效果。改造后A模式吹煉5分鐘后由吹氮氣切換為吹氬氣，BC模式分別對應8分鐘和10分鐘切換，D模式為冶煉期間全程吹氬。在兌鐵、倒渣、出鋼搖爐期間均使用低流量吹氮，保護管路。在冶煉的期間，流量依照吹煉時間不同按不同模式進行自動調節(jié)。

（四）構建監(jiān)控工程師站

轉爐自動化系統(tǒng)由6個PLC分系統(tǒng)組成，編程人員各有分工，但系統(tǒng)中PLC之間由以太網的通訊連接，整個網絡的通訊在組態(tài)軟件中相互獨立，沒有集成在一個項目中，很容易導致通訊信息丟失，而通訊的相關節(jié)點都是十分關鍵的信息，如汽化與氧槍傾動的連鎖。因此，進行相應的優(yōu)化完善：在監(jiān)控站上安裝相關軟件，將幾個PLC程序整合為一個集成的項目，建成集中監(jiān)控站，可以在項目中隨時監(jiān)控每個PLC的程序狀態(tài)，還能監(jiān)控各個通訊連接的情況，極大地提高對自動化設備的掌控能力。

四、結 語

100噸轉爐控制系統(tǒng)優(yōu)化完善后，生產效率得以提高，操作和維修人員的勞動強度大幅降低，產品質量顯著改進，熱停時間明顯減少，為年產鋼150萬噸提供了可靠的設備技術支撐。