王海明，高宇，孫少海，張燦，王卓

（河鋼集團(tuán)鋼研總院，河北 石家莊 050000）

我單位的50kg真空感應(yīng)爐在生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)過程中，很多生產(chǎn)參數(shù)是操作人員通過上位機(jī)(HMI)設(shè)定完成的，而且操作人員要實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況。由于冶煉鋼種繁多、冶煉重量不同，操作人員每次在冶煉前配料都需要重復(fù)計(jì)算很多物料的用量，增加出錯(cuò)概率，在冶煉過程中實(shí)時(shí)關(guān)注的參數(shù)也很多，如鋼液溫度、電源功率給定，合金化前爐內(nèi)氬氣含量，后期澆鋼速度等等。因此簡(jiǎn)化這些繁瑣且容易的工作變得尤為重要。

1 50kg真空感應(yīng)爐冶煉自動(dòng)化改進(jìn)的主要內(nèi)容

為提高工作效率減少操作人員工作量，主要考慮將冶煉過程自動(dòng)化、智能化，具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容包括物料自動(dòng)計(jì)算，冶煉過程中功率自動(dòng)給定，自動(dòng)充氬和自動(dòng)澆鋼等功能。根據(jù)以上要求開發(fā)編寫“感應(yīng)爐冶煉工藝模擬與專家控制系統(tǒng)”軟件（以下簡(jiǎn)稱專家控制系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)鋼液成分控制、溫度模擬與自動(dòng)控制、鋼種物化性質(zhì)查詢、消耗與成本計(jì)算、數(shù)據(jù)管理與報(bào)表等功能。

2 “專家控制系統(tǒng)”應(yīng)用的方案和現(xiàn)場(chǎng)存在的問題

“專家控制系統(tǒng)”是一套用Delphi7語言編寫的程序，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作是由PLC控制完成，以往是操作人員通過WinCC從PLC讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并對(duì)PLC下達(dá)指令，現(xiàn)改成由“專家控制系統(tǒng)” 通過WinCC從PLC讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并對(duì)PLC下達(dá)指令?！皩＜铱刂葡到y(tǒng)”和WinCC通過EXCELL交換數(shù)據(jù)。主要讀取的數(shù)據(jù)有電源功率、內(nèi)循環(huán)水溫度、爐體真空度等參數(shù)，給定WinCC的參數(shù)有功率設(shè)定、傾動(dòng)速度、充氬、報(bào)警等指令。

“專家控制系統(tǒng)”主要進(jìn)行流程作業(yè)，內(nèi)部包含已實(shí)驗(yàn)過的若干鋼種的配方，冶煉前期操作人員選擇好鋼種和合金配方后系統(tǒng)計(jì)算得出本爐冶煉各種物料所用的重量，操作人員稱料完成后將主要金屬料加到坩堝中，設(shè)備開始抽真空，真空度到10Pa以下操作人員啟動(dòng)“專家控制系統(tǒng)”進(jìn)行冶煉。冶煉過程中“專家控制系統(tǒng)”通過WinCC給PLC下達(dá)功率設(shè)定指令，并通過計(jì)算得到爐內(nèi)鋼棒（或鋼液）的實(shí)時(shí)溫度，等鋼料全部熔化為鋼液并達(dá)到合金化溫度后，“專家控制系統(tǒng)”開始控制中頻電源由加熱功率降至保溫功率，關(guān)閉真空閥，停真空泵，同時(shí)打開氣動(dòng)開關(guān)閥給爐內(nèi)充入氬氣，當(dāng)爐內(nèi)真空度達(dá)到一定范圍內(nèi)（10k～40kPa）關(guān)閉氣動(dòng)開關(guān)閥停止充氬。

此時(shí)操作人員通過輔料倉給坩堝中加入合金料，等鋼液完全合金化以后再次啟動(dòng) “專家控制系統(tǒng)”，專家控制系統(tǒng)會(huì)將鋼液加熱到出鋼溫度并提示操作人員準(zhǔn)備出鋼，當(dāng)操作人員在上位機(jī)（HMI）上確認(rèn)出鋼后，“專家控制系統(tǒng)”通過控制液壓換向調(diào)節(jié)閥開度間接控制坩堝傾動(dòng)速度，使鋼液平穩(wěn)倒入鋼釘模中完成自動(dòng)澆鋼任務(wù)。

3 設(shè)備的改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充氬和自動(dòng)澆鋼功能必須從液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)兩方面對(duì)設(shè)備做改動(dòng)。原有設(shè)備澆鋼為手動(dòng)調(diào)節(jié)模式，所以需要液壓系統(tǒng)方面需要重新設(shè)計(jì)管路，增加一個(gè)電動(dòng)控制的液壓比例換向閥與原來的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥并聯(lián)（如圖1），這樣在原有手動(dòng)調(diào)節(jié)功能不破壞的情況下增加電動(dòng)調(diào)節(jié)功能。液壓比例換向閥選用華德HD-4WREE6E16-2X/G24K31/F1V(A1)，該閥流量5L/min，壓力31．5MPa，24V直流供電，給定信號(hào)和反饋信號(hào)均為-10～10V。

圖1 液壓系統(tǒng)圖

圖2 氣動(dòng)系統(tǒng)圖

圖3 控制硬件接線圖

氣動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)考慮閉環(huán)控制。設(shè)備原有電阻硅真空計(jì)ZJ-52T測(cè)量范圍在0．1Pa至100kPa之間，但是當(dāng)真空度大于10kPa后精度變得很差，基本無準(zhǔn)確度可言。合金化充氬后爐內(nèi)真空度一般會(huì)上升到10k～40kPa，超出原有真空計(jì)測(cè)量能力范圍，特在靠近爐體的真空管路上加裝一個(gè)ZF-2Y/KF16型電阻硅真空檢測(cè)頭，該真空電阻硅測(cè)量范圍在100Pa～100kPa之間，同時(shí)配用成都瑞寶科技生產(chǎn)的ZDY-Ⅱv01型真空顯示儀表（如圖2），該儀表傳4～20mA信號(hào)給PLC。爐體充氣管路上增加氣動(dòng)開關(guān)閥，24VDC電信號(hào)控制閥開閥關(guān)。

控制系統(tǒng)部分，硬件方面做好設(shè)備接線，選好信號(hào)類型和地址（如圖3）。軟件方面主要在WinCC已有畫面上做功能按鈕和數(shù)據(jù)設(shè)定/顯示窗口，Step7上重新做控制邏輯，滿足“專家控制系統(tǒng)”的控制要求。

4 改造結(jié)果與分析

綜合改造后，軟件控制實(shí)現(xiàn)整套成分控制工藝方案自動(dòng)提出功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)冶煉過程中爐內(nèi)溫度的數(shù)值模擬功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化自動(dòng)控制功能。硬件改動(dòng)方面，真空度測(cè)量由成都睿寶科技的ZDY-Ⅱv01型真空儀表配ZF-2Y/KF16型真空電阻硅測(cè)量精度誤差小于100Pa，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。液壓控制使用的是華德HD-4WREE6E16-2X/G24K31/F1V(A1)型比例換向閥，所以控制精度一般，通過Step7編程做了一定修正，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

具體辦法是加寬FC106模塊的輸入端數(shù)值范圍去除無效數(shù)值，計(jì)算并模擬坩堝滿鋼液澆鋼時(shí)坩堝傾動(dòng)的速度，最終選定了一個(gè)合適的速度控制坩堝傾動(dòng)，有效避免澆鋼過程鋼液飛濺。

從整個(gè)冶煉過程來看，極大的優(yōu)化了工藝操作流程，不僅提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)有效降低操作失誤率，使整個(gè)煉鋼過程更輕松，操作體驗(yàn)更好。