井運

【摘 要】介紹了壽光寶隆45T轉(zhuǎn)爐自動控制系統(tǒng)的軟，硬件配置和功能，并對近年來生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的部分問題提出設(shè)備改進和優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)爐；自動化控制；，PLC；改造方案

前言：

自動化控制系統(tǒng)是保證鋼廠正常運行和提高生產(chǎn)產(chǎn)能的核心部件。壽光寶隆45T轉(zhuǎn)爐煉鋼項目于2007年投入生產(chǎn)使用，該系統(tǒng)采用的是西門子S7-400PLC硬件系統(tǒng)，通過CPU的強大功能來統(tǒng)一控制各接口站模塊，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐煉鋼的數(shù)據(jù)采集，過程控制，順序控制，安全聯(lián)鎖控制，保障各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合。

一、轉(zhuǎn)爐自動化控制系統(tǒng)概述

轉(zhuǎn)爐自動化控制系統(tǒng)主要包括兩方面內(nèi)容：轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)和轉(zhuǎn)爐儀表系統(tǒng)。此外還有其他外圍輔助設(shè)備，上料系統(tǒng)，汽化冷卻系統(tǒng)，煤氣回收系統(tǒng)和風(fēng)機除塵系統(tǒng)。過程控制采用電氣控制、儀表控制和計算機自動控制三電一體化實現(xiàn)，提高了控統(tǒng)的安全性和可靠性。

（一）轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)采用西門子S7系列，全系統(tǒng)由三個控制機架組成：（0）UR1，（1）UR2，（2）UR1。各機架之間采用的是IM460-0（發(fā)送接口模塊）和IM461-0（接收接口模塊），IM460-3（發(fā)送接口模塊）和IM461-3（接收接口模塊）進行通信。CPU采用CPU414-2DP。

轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)爐傾動和轉(zhuǎn)爐氧槍兩部分。

1.轉(zhuǎn)爐傾動部分

轉(zhuǎn)爐傾動裝置是轉(zhuǎn)爐煉鋼的關(guān)鍵設(shè)備，其作用是在兌鐵水、加廢鋼、除渣、出鋼等過程中傾動爐體，完成煉鋼的工藝操作。目前國內(nèi)主流的轉(zhuǎn)爐傾動機構(gòu)采用4臺交流電機傳動，可驅(qū)動轉(zhuǎn)爐主體在±360℃的范圍內(nèi)任意轉(zhuǎn)動。如何保證四臺電機同步啟、制動及力矩均衡，是轉(zhuǎn)爐控制的關(guān)鍵。壽光寶隆轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)采用的是西門子6SE70變頻器來驅(qū)動4臺45KW電機同步運行，達(dá)到爐體傾動目的。4臺電機平時全部投用，但允許使用3臺工作，這樣當(dāng)一臺設(shè)備有故障時，生產(chǎn)不受影響；轉(zhuǎn)爐傾動電機輸出軸處裝有角度編碼器，實時給出爐體角度，其值可通過0°機械限位來校正。在正常傾動控制過程中，為防止搖爐失控和溜車現(xiàn)象，4臺抱閘液壓推桿裝置利用6SE70變頻器內(nèi)部抱閘功能塊，控制抱閘接觸器，啟動時先啟動變頻器，等變頻器勵磁電流建立，變頻器輸出一定大小的轉(zhuǎn)矩后再打開抱閘。停止時，先使變頻器減速，等變頻器減速至一個極小值時關(guān)閉抱閘，等抱閘完全抱住后再停止變頻器，保證制動功能可靠。

2.氧槍自動升降控制部分

在轉(zhuǎn)爐煉鋼中，氧槍系統(tǒng)的控制是一個重要的控制環(huán)節(jié)，它直接影響著轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的安全，高效及鋼水質(zhì)量。轉(zhuǎn)爐氧槍有橫移和升降運動控制。升降系統(tǒng)的控制與轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)相似，也是采用PLC控制6SE70變頻器驅(qū)動電機運行。氧槍升降電機的抱閘控制更為嚴(yán)格，必須給出預(yù)轉(zhuǎn)矩后才能打開。氧槍的高度檢測與控制是轉(zhuǎn)爐設(shè)備的核心部件，由編碼器與機械限位和氧槍機械標(biāo)尺同時檢測，確保氧槍控制的準(zhǔn)確性。既保證煉鋼工藝的生產(chǎn)要求，同時又保證設(shè)備和人員安全。轉(zhuǎn)爐氧槍系統(tǒng)同時設(shè)有氣動馬達(dá)。氣動馬達(dá)采用UPS電源為其提供220V電源，控制氣動電磁閥，確保在突然失電的情況下將氧槍提到安全位置，避免出現(xiàn)重大安全事故。氧槍升降自動化系統(tǒng)完成的主要工作是對氧槍升降、速度和位置等進行控制。這里關(guān)系比較復(fù)雜，不但有其自身的條件，還同時和其他外圍設(shè)備互相連鎖。氧槍的故障主要是自動提槍和無法下槍。氧槍部分采用一用一備來保證生產(chǎn)的連續(xù)進行。

（二）轉(zhuǎn)爐儀表控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐儀表控制系統(tǒng)同樣采用的是S7-400CPU，此系統(tǒng)由大量的模擬量輸入輸出模塊，檢測各部位的溫度，壓力，流量等信號，同時利用模擬量輸出模塊來控制各閥門定位器和壓力調(diào)節(jié)閥，達(dá)到生產(chǎn)環(huán)節(jié)的供水，供氣等工藝要求。此系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)就是通過對轉(zhuǎn)爐本體及氧槍部分的水，溫度，壓力等進行準(zhǔn)確檢測，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)，一部分作為工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，另一部分作為安全保護連鎖信號。比如氧槍水流量，進出水溫差，氧槍進水壓力等，這些都是事故提槍的條件，避免重大安全事故的發(fā)生。

（三）煤氣回收系統(tǒng)和風(fēng)機除塵系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)的重要二次能源，提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量，不僅能有效地降低煉鋼工序的生產(chǎn)成本，而且能極大地降低鋼廠污染物排放總量，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。煤氣回收系統(tǒng)和風(fēng)機除塵系統(tǒng)的共同作用，使環(huán)保和節(jié)能落到實處。此部分內(nèi)容不做詳細(xì)介紹。

二、工程師網(wǎng)絡(luò)

轉(zhuǎn)爐自動化控制系統(tǒng)由兩臺S7-400CPU組成主干環(huán)網(wǎng)，使用CP443-1模塊和兩臺OSM，光纖與網(wǎng)線組成工業(yè)以太網(wǎng)。各從站之間使用的是PROFIBUS通信協(xié)議，實現(xiàn)與主CPU之間的發(fā)送與接受數(shù)據(jù)。操作員站，工程師站等也是通過工業(yè)以太網(wǎng)接入到OSM，實現(xiàn)所有設(shè)備之間的連通。軟件部分通過STEP7 5.5編程軟件和WINCC 6.2畫面操作監(jiān)控軟件來實現(xiàn)操作站的全面控制。操作人員通過畫面輸入有關(guān)工藝操作數(shù)據(jù)，向PLC下達(dá)控制命令。另外，HMI通過PLC可采集生產(chǎn)過程中的各種檢測數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)文件或生產(chǎn)流程圖等形式在CRT上顯示，用于監(jiān)視生產(chǎn)過程和設(shè)備運行狀態(tài)，還可對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行報表打印和事故報警打印，并存儲主要工藝參數(shù)的歷史趨勢圖。

三、部分設(shè)備優(yōu)化改造方案

（一）轉(zhuǎn)爐氧槍抱閘部分改造

轉(zhuǎn)爐氧槍提升系統(tǒng)抱閘，原設(shè)計為單個液壓推動器抱閘和單個抱閘接觸器，在使用過程中易出現(xiàn)因液壓抱閘磨損或接觸器粘連等因素而引發(fā)的下滑溜槍現(xiàn)象。自壽光寶隆建廠以來也出現(xiàn)過幾次類似情況，存在極大的安全隱患。改造方案是增加一套液壓抱閘，增加一只抱閘接觸器，并且保證兩抱閘同步動作。這樣兩抱閘同時故障的可能性極小，極大的提高了設(shè)備的安全性能。

（二）轉(zhuǎn)爐工程師站網(wǎng)絡(luò)改造方案

目前壽光寶隆生產(chǎn)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)爐，精煉，VOD，連鑄，電爐，供輔等系統(tǒng)都是采用獨立的網(wǎng)絡(luò)通信。這樣就增加了維護人員的工作量及難度，并且不利于生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)的保存。改造方案是將各系統(tǒng)PLC通過光纖連接，組建一個強大的工業(yè)以太網(wǎng)，將網(wǎng)絡(luò)信息連接到工程師站。降低勞動工作量的同時，確保工藝數(shù)據(jù)的完整性。

（三）轉(zhuǎn)爐上料系統(tǒng)的設(shè)備改造

目前轉(zhuǎn)爐上料系統(tǒng)采用的是高低位各一人，協(xié)調(diào)配合完成對所需石灰等的上料工作。這樣做的弊端有兩點。1.轉(zhuǎn)爐吹煉時期煤氣濃度很高，31米上料人員單人操作進行上料，極易出現(xiàn)煤氣中毒事故。2.增加了用工成本。轉(zhuǎn)爐散裝料上料系統(tǒng)共有六個倉位，由1#垂直皮帶和2#水平皮帶將所需散裝料運到31米，再由卸料小車分配到六個倉位。具體操作都是由操作人員在現(xiàn)場操作箱來進行。具體改造方案如下：轉(zhuǎn)爐散裝料卸料皮帶出安裝監(jiān)控攝像頭兩個，對現(xiàn)場1#，2#皮帶情況進行實時監(jiān)控。散裝料六個倉位，每個倉位處安裝接近開關(guān)接入31米PLC。并且在每個倉位內(nèi)加裝物位計接入PLC控制系統(tǒng)，來監(jiān)測各料倉的料位情況。

四、結(jié)束語

總而言之，要完成轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制，其本質(zhì)就是要能做到“高產(chǎn)低耗”，要想實現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須要全面實施與運用自動化技術(shù)。我們應(yīng)該要充分利用轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)來提高生產(chǎn)效率，在降低生產(chǎn)成本的同時提高我們的鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量，讓鋼水鐵水盡量保持恒溫，降低鋼鐵成分的波動，提高燃?xì)饣厥帐褂寐剩瑸槠髽I(yè)創(chuàng)造更多的盈利空間。隨著科技的進步，自動化控制技術(shù)也得到了進一步的發(fā)展，在未來，轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制技術(shù)必定會更加成熟，可以利用光學(xué)等技術(shù)來對爐內(nèi)環(huán)境進行實時測量與監(jiān)控等。這些新興的科技與人工智能在未來都將為鋼鐵生產(chǎn)帶來新鮮動力，從而使得我國轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化水平上升到一個新的階段。

【參考文獻】

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