馬瑩瑩

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林132021）

基于DCS的爐體傾動(dòng)及氧槍位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬瑩瑩

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林132021）

首先介紹了系統(tǒng)的集中控制監(jiān)控級(jí)和分散過(guò)程控制系統(tǒng)的組成，分為5個(gè)控制子系統(tǒng)，之后，針對(duì)爐體傾動(dòng)及氧槍位置控制系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究。

DCS控制系統(tǒng)；爐體傾動(dòng)；氧槍位置

1 集中控制監(jiān)控級(jí)

上層集中操作監(jiān)控級(jí)是面向現(xiàn)場(chǎng)操作人員的。這一級(jí)配備有技術(shù)手段先進(jìn)、功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各類外部設(shè)備，通常采用了西門子MP377-15觸摸屏作為監(jiān)控制界面，對(duì)AOD爐設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)PROFIBUS-DP與MPI總線組成的實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)與下層基于PLC的各子系統(tǒng)進(jìn)行信息交換。

集中操作監(jiān)控級(jí)的主要功能是：①關(guān)于運(yùn)行狀態(tài)、產(chǎn)量以及工藝的一些數(shù)據(jù)可以隨時(shí)獲得；②把采集來(lái)的數(shù)據(jù)按照企業(yè)中生產(chǎn)管理的需求來(lái)分析處理，把這份關(guān)于生產(chǎn)管理的統(tǒng)計(jì)分析圖提交給管理者；③一些工業(yè)參數(shù)也是由監(jiān)控系統(tǒng)傳送給設(shè)備的，使AOD爐能夠按設(shè)定的要求運(yùn)行；④進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視和操作，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)行高級(jí)控制策略、故障診斷、質(zhì)量評(píng)估等。

2 分散過(guò)程控制級(jí)

下層分散過(guò)程控制級(jí)采用西門子S7-300系列PLC完成各子系統(tǒng)的控制功能直接與生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、執(zhí)行器相連，完成生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)控制、順序控制等功能。構(gòu)成這一級(jí)的主要裝置有可編程控制器、氧/氬氣流量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、稱重傳感器等二次儀表以及氧槍升降控制器、閥門控制器、振動(dòng)給料控制器、萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)等執(zhí)行器。

整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)分為5個(gè)控制子系統(tǒng)，分別為底槍控氣系統(tǒng)、頂槍控氣系統(tǒng)、爐體傾動(dòng)及氧槍位置控制系統(tǒng)、加料控制系統(tǒng)、除塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。3套西門子設(shè)備S7-300供中央控制器使用?？刂葡到y(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC，對(duì)生產(chǎn)線上各臺(tái)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。SIMATIC S7-300系列是西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器中中小型的，中等性能的要求都可以滿足并得到應(yīng)用。S7-300屬于模塊化PLC，各種模塊之間既是相互獨(dú)立的，也可以用于擴(kuò)展任意組合。它主要由機(jī)架、CPU模塊、SM模塊、FM模塊、接口模塊、通信模塊組成，各種模塊通過(guò)總線連接器安裝在機(jī)架上。其中每一個(gè)CPU上都可以使用一個(gè)MPI（多點(diǎn)接口）通信協(xié)議的RS-485接口進(jìn)行編程或與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。一臺(tái)西門子S7-300可編程邏輯控制器可由中央控制器與底槍供氣流量控制系統(tǒng)共同使用，一臺(tái)西門子S7-300PLC可供爐體傾動(dòng)控制系統(tǒng)與頂槍升降控制系統(tǒng)、頂槍供氣流量控制系統(tǒng)共同使用，加料控制系統(tǒng)單獨(dú)使用1臺(tái)S7-300PLC。中央控制器和操作臺(tái)以Profinet總線與5個(gè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接，5個(gè)子系統(tǒng)以Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線與傾動(dòng)變頻器、升降變頻器、拉繩傳感器、光電編碼器、氧氣閥體控制儀表、氬氣閥體控制儀表、八路閃光報(bào)警器、爐渣分析儀和氣體積算儀數(shù)據(jù)連接，拉繩傳感器的型號(hào)為HPS-M1-30-420，光電編碼器的型號(hào)為GAS60 R13E10 SGB，升降變頻器為西門子MM440變頻器，操作臺(tái)上采用智能二次儀表用于顯示和控制。

3 爐體傾動(dòng)及氧槍位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

爐體傾動(dòng)控制系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中爐體與氧槍相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作，包括爐體前傾與后傾、氧槍上升與下降、氧槍左旋與右旋等。其中AOD爐傾動(dòng)裝置是AOD爐煉冶鐵合金中的主要機(jī)械設(shè)備，所帶負(fù)荷的工作特點(diǎn)為：正反轉(zhuǎn)、低速、重載、頻繁啟制動(dòng)、強(qiáng)烈沖擊。傾動(dòng)及相關(guān)控制系統(tǒng)需要控制的三個(gè)主要參數(shù)是位置、速度及扭轉(zhuǎn)力矩。針對(duì)控制要求本系統(tǒng)建立了位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三閉環(huán)的控制系統(tǒng)，即最外環(huán)是位置環(huán)，最內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。

具體實(shí)現(xiàn)方案通過(guò)S7-300PLC外加西門子MICROMASTER 440變頻器組成串級(jí)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。西門子S7-300PLC是西門子公司的中端產(chǎn)品，其運(yùn)算能力以及安全穩(wěn)定性在市場(chǎng)上久經(jīng)考驗(yàn)；交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)已成為當(dāng)前調(diào)速與節(jié)能的主流產(chǎn)品。二者的有機(jī)結(jié)合，可以較好地實(shí)現(xiàn)AOD爐各種動(dòng)作的控制要求。

傾動(dòng)及相關(guān)控制系統(tǒng)的手動(dòng)方式運(yùn)行包括以下方面：氧槍升降，在頂槍控制操作臺(tái)上，氧槍升降受一個(gè)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到左側(cè)表示氧槍下降（下降頻率為25Hz），中間表示氧槍停止，右側(cè)表示氧槍上升（上升頻率為40Hz）；轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)，在頂槍控制操作臺(tái)上，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)受一個(gè)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到左側(cè)表示轉(zhuǎn)爐前傾（前傾頻率為50Hz），中間表示轉(zhuǎn)爐停止，右側(cè)表示轉(zhuǎn)爐后傾（后傾頻率為50Hz）；煙罩旋轉(zhuǎn)，在頂槍控制操作臺(tái)上，煙罩旋轉(zhuǎn)受一個(gè)萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到左側(cè)表示煙罩左旋（左旋頻率為50Hz），中間表示煙罩停止，右側(cè)表示煙罩右旋（右旋頻率為50Hz）。

傾動(dòng)及相關(guān)控制系統(tǒng)的手動(dòng)方式運(yùn)行包括：傾動(dòng)控制系統(tǒng)。在頂槍畫面中輸入轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度并按下【啟動(dòng)】按鈕，此時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)【確定】、【退出】對(duì)話框，按下【確定】按鈕系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定角度自動(dòng)控制轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)。該系統(tǒng)設(shè)定范圍（-180°， +180°），前傾為正，后傾為負(fù)，同手動(dòng)運(yùn)行方式，該系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)行角度自動(dòng)判斷前后傾動(dòng)并在到達(dá)設(shè)定位置后自動(dòng)停止；升降控制系統(tǒng)。在頂槍畫面中輸入氧槍升降高度并按下【啟動(dòng)】按鈕，此時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)【確定】、【退出】對(duì)話框，按下【確定】按鈕系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定高度自動(dòng)控制氧槍升降高度。高度設(shè)定范圍［0，3.0］m，【頂槍上限位】指示燈亮為0m，系統(tǒng)同手動(dòng)運(yùn)行方式。

4 結(jié)語(yǔ)

氬氧精煉鐵合金氧槍控制系統(tǒng)采用集散控制技術(shù)，分別介紹了集中控制級(jí)和分散控制級(jí)控制功能，構(gòu)建了氬氧精煉鐵合金生產(chǎn)過(guò)程DCS節(jié)能控制系統(tǒng)，研制了爐體傾動(dòng)及氧槍位置控制系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。

［1］牛玉廣，馬駿馳，夏明，等.DCS基本控制單元可靠性建模與定量計(jì)算［J］.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2011，（6）.

［2］艾麗嬌.氬氧精煉鐵合金過(guò)程的DCS控制［A］.全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2010年會(huì)論文集［C］，2010.

Design of Position Control System for Furnace
Tilt and Oxygen Lance Based on

MA Ying-ying
（Jilin Electronic Information Vocational and Technical College，Jilin，Jilin 132021，China）

The paper firstly introduces the composition of centralized control and decentralized process control system，which is divided into five control subsystems.Then，it studies the hardware and software realization method of the tilting and oxygen lance position control system.

DCS control system；furnace body tilting；oxygen gun position

TF748.2

A

2095-980X（2017）03-0078-02

2017-02-16

吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)項(xiàng)目。

馬瑩瑩（1982-），女，碩士，主要研究方向：電氣自動(dòng)化。