彭志聰，童 悅

（1.江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司，江西 南昌 330038；2.中色大冶有色金屬公司冶煉廠轉(zhuǎn)爐車(chē)間，湖北 黃石 435005）

1 概述

隨著大冶有色公司的不斷發(fā)展壯大，原有的大冶1#、4#轉(zhuǎn)爐已完全不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的產(chǎn)能需求，且原有控制系統(tǒng)比較老，技術(shù)支持力度及備品備件的采購(gòu)也存一定的問(wèn)題。在環(huán)保意識(shí)已經(jīng)深入人心和大力倡導(dǎo)節(jié)能降耗的社會(huì)浪潮下，大冶有色公司主動(dòng)承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，響應(yīng)國(guó)家清潔生產(chǎn)的號(hào)召，對(duì)1#、4#轉(zhuǎn)爐及其控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造。

轉(zhuǎn)爐是對(duì)硫化銅精礦造锍熔煉產(chǎn)出的冰銅進(jìn)行吹煉操作的冶金設(shè)備。轉(zhuǎn)爐的吹煉過(guò)程就是通過(guò)送風(fēng)系統(tǒng)向爐內(nèi)鼓入的空氣,熔劑加料系統(tǒng)向爐內(nèi)加入的石英石熔劑和冰銅發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，將冰銅中的硫、鐵和其他雜質(zhì)氧化除去,得到粗銅。銅锍吹煉通常分為造渣期和造銅期兩個(gè)階段，造渣期是通過(guò)熔劑加料系統(tǒng)加入的熔劑與冰銅反應(yīng)，生成主要含Cu2S 的白锍并去除銅锍中的鐵和其它雜質(zhì)。在造渣末期，進(jìn)行篩爐，即所謂凈渣操作，轉(zhuǎn)爐吹煉產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐渣全部返回沉降電爐，回收有價(jià)金屬；造銅期是通過(guò)繼續(xù)吹煉除去锍中的硫，生成含銅98%以上的粗銅并使貴金屬元素富集。為了使吹煉溫度控制在1150℃～1250℃，通常會(huì)通過(guò)渣包往爐內(nèi)添加一些冷料。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝復(fù)雜，被控對(duì)象多，各種電氣、儀表參數(shù)關(guān)聯(lián)密切,聯(lián)鎖復(fù)雜，對(duì)其控制系統(tǒng)的快速性、安全性、可靠性提出了非常高的要求。為此，大冶1#、4#轉(zhuǎn)爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)我們選用了美國(guó)Rockwell公司的ControlLogix控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將參數(shù)檢測(cè)回路控制與邏輯控制、順序控制的功能有機(jī)地結(jié)合在一起，提供邏輯控制、順序控制、過(guò)程控制、傳動(dòng)及運(yùn)動(dòng)控制的統(tǒng)一控制平臺(tái)，是面向工廠自動(dòng)化的新一代開(kāi)放式控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)的硬件選用了以1756-L61為控制器的ControlLogix硬件系統(tǒng)，軟件采用了FactoryTalk View監(jiān)控平臺(tái)以及RSLogix5000編程軟件等。增強(qiáng)型冗余系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 4#轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)配置圖

3 系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 增強(qiáng)型冗余控制系統(tǒng)的配置

搭建一套冗余系統(tǒng)在硬件和軟件配置方面有很高的要求。在硬件配置方面，主從冗余機(jī)架在硬件上必須完全一致。例如：主機(jī)架是7槽，則從機(jī)架也必須是7槽，機(jī)架上插入的模塊型號(hào)必須相同且所插的槽位也必須一致。但是主從機(jī)架上不能有I/O模塊。

在軟件方面來(lái)講，主從機(jī)架上所插入的模塊固件版本號(hào)必須一致，而且機(jī)架上各模塊之間的版本號(hào)也必須相互匹配（可通過(guò)ControlFlash更改模塊的固件版本）。主從機(jī)架上的1756-CN2R模塊的物理節(jié)點(diǎn)號(hào)要設(shè)成網(wǎng)絡(luò)中的最高節(jié)點(diǎn)號(hào)，且兩個(gè)機(jī)架上的節(jié)點(diǎn)號(hào)必須一致（即兩個(gè)模塊的撥碼開(kāi)關(guān)必須一致），而且主從機(jī)架上的1756-EN2T模塊的IP地址必須一致。

主從機(jī)架上的1756-RM冗余模塊通過(guò)冗余光纖進(jìn)行連接，搭建好冗余系統(tǒng)后，先上電源的冗余機(jī)架為主機(jī)架，待主機(jī)架啟動(dòng)完成后再上電源的機(jī)架為從機(jī)架，等到系統(tǒng)正常工作后，主從控制器通過(guò)冗余模塊進(jìn)行運(yùn)行程序和數(shù)據(jù)的同步。同時(shí)從站的IP地址以及ControlNet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)號(hào)會(huì)在主站對(duì)應(yīng)地址的基礎(chǔ)上自動(dòng)加一。

一旦主機(jī)架上的控制器模塊、1756-CN2R模塊、1756-EN2T模塊或機(jī)架供電出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)將無(wú)擾切換到從機(jī)架，從站的IP地址以及ControlNet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)號(hào)與主站進(jìn)行交換。保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)在監(jiān)控界面上作出相應(yīng)的故障指示，提醒維護(hù)人員及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3.2 主要控制功能

在實(shí)際生產(chǎn)中，1#、4#轉(zhuǎn)爐分別使用獨(dú)立的冗余控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)以下子項(xiàng)的控制：①轉(zhuǎn)爐本體驅(qū)動(dòng)；②送風(fēng)系統(tǒng)；③熔劑加料系統(tǒng)；④環(huán)境集煙系統(tǒng)；⑤鍋爐給水系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)爐的本體驅(qū)動(dòng)分為交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流事故電機(jī)驅(qū)動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)切換控制室操作臺(tái)、爐前操作箱或者機(jī)旁操作箱上對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)位置來(lái)控制轉(zhuǎn)爐交流主電機(jī)的正轉(zhuǎn)（傾爐）、反轉(zhuǎn)（回爐）、停止操作。且按下任何一處的急停按鈕都可以使轉(zhuǎn)爐緊急停止。轉(zhuǎn)爐的傾爐、回爐操作與爐體的角度有重要的聯(lián)鎖關(guān)系，同時(shí)送風(fēng)閥、放空閥、鐘罩閥、密封小車(chē)、防火門(mén)、擋灰板也會(huì)參與相應(yīng)的聯(lián)鎖控制。爐體的角度是風(fēng)口與極坐標(biāo)軸的夾角，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)爐的爐位示意圖

3.2.1轉(zhuǎn)爐傾爐聯(lián)鎖控制

將控制室操作臺(tái)上的轉(zhuǎn)爐操作模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇在作業(yè)模式，在爐體處于吹煉位置轉(zhuǎn)換搖爐開(kāi)關(guān)進(jìn)行傾爐動(dòng)作時(shí)，密封小車(chē)自動(dòng)提升，同時(shí)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行傾爐操作，當(dāng)爐體角度到達(dá)45°時(shí)，放空閥自動(dòng)打開(kāi)至全開(kāi)位置后自動(dòng)關(guān)閉送風(fēng)閥至全關(guān)位置（并在組態(tài)界面彈出送風(fēng)閥關(guān)閉窗口，提示操作人員不能進(jìn)行回爐誤操作），鐘罩閥自動(dòng)下降到最低位置。等待密封小車(chē)已提升到位，則轉(zhuǎn)爐可繼續(xù)做傾爐動(dòng)作，直到到達(dá)60°安全確認(rèn)位置停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)需要將搖爐開(kāi)關(guān)進(jìn)行回零位操作，才能繼續(xù)傾爐操作，再次轉(zhuǎn)換搖爐開(kāi)關(guān)進(jìn)行傾爐操作時(shí)，最大可到140°傾爐極限位的位置停止。

3.2.2 轉(zhuǎn)爐回爐聯(lián)鎖控制

將控制室操作臺(tái)上的轉(zhuǎn)爐操作模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇在作業(yè)模式，在爐體處于安全位置轉(zhuǎn)換搖爐開(kāi)關(guān)進(jìn)行回爐動(dòng)作時(shí)，回爐到預(yù)設(shè)的回爐準(zhǔn)許爐位時(shí)停止，送風(fēng)閥自動(dòng)打開(kāi)至全開(kāi)位置后放空閥自動(dòng)關(guān)閉直到全關(guān)位置，等待轉(zhuǎn)爐爐前送風(fēng)壓力和送風(fēng)流量滿(mǎn)足工藝設(shè)定值時(shí)，轉(zhuǎn)爐繼續(xù)進(jìn)行回爐動(dòng)作，在零位（即到達(dá)轉(zhuǎn)爐吹煉位置）自動(dòng)停止。密封小車(chē)自動(dòng)下降到最低位置，鐘罩閥自動(dòng)提升到最高位置。若需繼續(xù)回爐，必須將搖爐開(kāi)關(guān)進(jìn)行回零位操作后方可進(jìn)行回爐操作，最大回爐位置為-20°回爐極限位。

3.2.3 交流電機(jī)事故傾轉(zhuǎn)

控制室操作臺(tái)上的轉(zhuǎn)爐操作模式開(kāi)關(guān)選擇為作業(yè)模式，當(dāng)爐體角度小于40°時(shí)，以下條件只要有一項(xiàng)滿(mǎn)足時(shí)，交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐自動(dòng)傾轉(zhuǎn)到55°的時(shí)候停止。同時(shí)其他聯(lián)鎖設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)爐傾爐操作時(shí)對(duì)應(yīng)的聯(lián)鎖動(dòng)作。

（1）爐前風(fēng)壓低。

（2）送風(fēng)流量低。

（3）送風(fēng)閥沒(méi)有在開(kāi)限位。

（4）放空閥沒(méi)有在關(guān)限位。

3.2.4 直流電機(jī)事故傾轉(zhuǎn)

控制室操作臺(tái)上的轉(zhuǎn)爐操作模式開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到作業(yè)模式，直流電機(jī)事故傾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到自動(dòng)模式，直流電機(jī)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到正常操作模式，當(dāng)爐體角度小于40°時(shí)，以下條件只要有一項(xiàng)滿(mǎn)足時(shí)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)爐自動(dòng)傾轉(zhuǎn)到40°的時(shí)候停止。同時(shí)其他聯(lián)鎖設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)爐傾爐操作時(shí)對(duì)應(yīng)的聯(lián)鎖動(dòng)作。

（1）交流失壓。

（2）交流電機(jī)總故障（包含交流電機(jī)自動(dòng)傾轉(zhuǎn)的所有條件）。（3）PLC故障。

3.2.5 防火門(mén)、擋灰板控制

當(dāng)防火門(mén)、擋灰板的控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇在集中位置時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)爐不在吹煉位（-20°～ +20°）或者轉(zhuǎn)爐正在傾爐或者回爐操作時(shí)，防火門(mén)、擋灰板自動(dòng)打開(kāi)至開(kāi)限位；當(dāng)轉(zhuǎn)爐在吹煉位且保持10秒沒(méi)有動(dòng)作時(shí)，防火門(mén)、擋灰板自動(dòng)關(guān)閉至關(guān)限位。

3.2.6 熔劑加料控制系統(tǒng)

當(dāng)爐體位置處在通風(fēng)眼位（-3°～+3°），熔劑加料皮帶、熔劑溜槽、氣動(dòng)閘門(mén)的控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)全部轉(zhuǎn)換到集中位置，在上位機(jī)操作界面上設(shè)定好單次所需的熔劑加料量后，單擊熔劑加料啟動(dòng)按鈕后，氣動(dòng)閘門(mén)將自動(dòng)提升到最高限位 → 熔劑溜槽將自動(dòng)下降到最低限位 → 自動(dòng)啟動(dòng)加料皮帶。當(dāng)點(diǎn)擊熔劑加料停止按鈕或者單次下料量達(dá)到設(shè)定值或者轉(zhuǎn)爐發(fā)生自動(dòng)傾轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)停止加料皮帶→ 熔劑溜槽將自動(dòng)提升到限位 → 氣動(dòng)閘門(mén)將自動(dòng)下降到限位。

3.2.7 氧氣截止閥控制

當(dāng)送風(fēng)閥在全開(kāi)位置，放空閥在全關(guān)位置，爐前風(fēng)壓、爐前送風(fēng)量滿(mǎn)足工藝條件值，且氧氣總管壓力大于爐前送風(fēng)壓力時(shí)，氧氣截止閥自動(dòng)打開(kāi)，否則氧氣截止閥關(guān)閉。

3.2.8 收塵振打系統(tǒng)

按照設(shè)計(jì)要求，將收塵振打裝置分成了十二組。在聯(lián)鎖自動(dòng)模式下，前一組振打結(jié)束，后一組間隔指定的時(shí)間后開(kāi)始工作。在上位機(jī)操作界面上可以設(shè)置每組振打裝置的工作時(shí)間和停止時(shí)間，振打的工作時(shí)間及次數(shù)可根據(jù)鍋爐的排煙溫度來(lái)調(diào)整，當(dāng)鍋爐的排煙溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)可適當(dāng)減少振打的持續(xù)時(shí)間或延長(zhǎng)兩次振打、捶打的時(shí)間間隔。反之，當(dāng)鍋爐的排煙溫度高于設(shè)計(jì)值時(shí)可適當(dāng)增加振打、捶打的持續(xù)時(shí)間或縮短兩次振打、捶打的時(shí)間間隔。并且每組振打裝置都可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)振打。

3.3 轉(zhuǎn)爐監(jiān)控界面

圖3 轉(zhuǎn)爐監(jiān)控界面

4 結(jié)語(yǔ)

大冶4#轉(zhuǎn)爐自2012年8月投入生產(chǎn)以來(lái)，生產(chǎn)穩(wěn)定、正常、可靠，在很大程度上提高了生產(chǎn)效率，并實(shí)現(xiàn)了改造預(yù)期的清潔生產(chǎn)和節(jié)能降耗目標(biāo)。