转炉炼钢过程【PLC在转炉炼钢过程中的应用】

　　摘要: 介绍了自动化系统在转炉炼钢上的应用情况。 　　关键词: 转炉炼钢自动化 　　中图分类号: 文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)01-0000-00
　　
　　1 概述
　　转炉是炼钢生产的主要设备,其生产过程中的诸多工艺参数和设备运行参数,例如氧气压力,溅渣护炉的氮气压力,氧枪冷却水的压力及流量,氧枪冷却水的进水和回水温度,溅渣护炉的氮气压力等等是生产正常进行的重要参考依据,而氧枪和转炉倾动驱动的电动机温升及运行电流等等运行参数正常与否,直接关系着设备能否安全运行。几十年来,随着自动化技术、计算机科学、控制论等的发展及其对冶金工业的不断渗透, 使得人们把转炉炼钢的操作任务,部分或全部地交给PLC和计算机去完成的想法正在变成现实。
　　
　　2 工业自动控制的一般步骤
　　要实现对一个工业过程的自动控制, 一般要经过数据采集、计算机轨迹计算包括专家系统推理以及发出控制指令对控制仪表进行反馈控制等三个步骤, 见图1。
　　三个步骤都具备时, 即可实现动态控制, 否则只能作为静态控制。而静态控制中, 如果缺少第一步,则需人工从计算机终端将有关数据或控制参数输入计算机, 而后进行开环控制, 这种方式称为控制台输入方式。如果没有第三步, 则称为具有数据采集功能的离线控制方式。如果只有第二步, 则称为计算机离线控制方式或离线咨询、预报方式。一个工业对象的过程控制逻辑框图如图2所示。
　　
　　3 系统组成与功能
　　唐山中厚板公司转炉车间由2 台120T转炉、2台LF炉、2 台连铸机组成.
　　3.1 系统硬件组成
　　2座转炉配置相同. 每座转炉采用6台研华IPC - 610 工控机, 5套德国Siemens S7 -400 PLC 处理现场信号换算. 转炉氧枪枪位测量: 采用日本OMRON 旋转编码器, 以A 相脉冲输出计算出放氧枪时的直线位移从而算出氧枪枪位位置, 同样以B 相脉冲输出计算出收氧枪时的枪位变化, 通过接近开关校正. 转炉的倾角测量采用日本OMRON 旋转编码器进行现场检测,将编码器的脉冲信号实时换算成混铁炉的倾角。
　　3.2 系统软件组成
　　包括PLC监控软件WINCC 6.0和组态软件SIMENS STEP7V5.4 两份应用软件预装主控室工控机,实现PLC运行程序的编程、监控、调试和工艺流程组态及异常情况报警。PLC运行程序属于特殊的控制软件,存储于PLC专用的存储卡和CPU模块的存储器内,存储卡储存的运行程序作为CPU模块RAM存储器的在线热备。
　　3.3 系统功能
　　(1) 采集到的参数进行模拟流程显示.
　　(2) 关键参数具有历史记录, 记录时间为1 年, 并且有曲线图可方便用户查看1年内任意时刻的数值.
　　(3) 系统故障具有自诊断功能.
　　(4) 实现炼钢的计算机智能控制. 自动测量废钢重量及判别加入炉龄; 自动测量钢水重量及判别钢水去向;对数据进行综合分析, 指导炉前操作, 达到智能控制的目的. 自动分析、计算各种渣料的加入量及加入时间、氧枪枪位及氧气流量压力操作.
　　(5) 为管理提供考核数据和各种报表
　　(6) 实现计算机联网, 在厂部可在线查看、修改各机运行参数.
　　(7) 对生产过程非正常状况能按厂家要求进行报警及记录.
　　3.4系统特点
　　(1) 用基于PLC自动化控制的机理分析方法建立炼钢过程数学模型, 采用最优控制算法实现智能控制.
　　(2) 采用大型数据库与桌面型数据库相互备份方式, 确保数据正确、可靠.
　　(3) 采用无线发射、接收系统进行行车定位, 使计算机能自动确定原材料和产品的来源和去向.
　　(4) 采用现场总线网和以太网两层网络, 实时数据库与关系型数据库的信息共享, 为实现全厂计算机集成制造系统打下基础.
　　3.5 PLC技术在炼钢自动化的应用
　　开关量连锁控制是系统传动控制的实现基础。将分布于设备本体各处的诸多检测开关器件信号采集到开关量输入模块,通过编程,由开关量输出模块输出,控制相关的继电器或变频器控制端子,实现设备传动。工艺和电控参数等模拟量由A/D模块采集,经过CPU计算判断,输出相应报警显示和控制信号。
　　3.5.1 开关量的逻辑连锁控制功能
　　为保证氧枪升降及转炉前后倾动设备的安全运行,只有在转台旋入冶炼位后,即转炉处于零位时,方可允许氧枪下降操作,为防止误操作,氧枪降得过低,碰伤炉体损坏氧枪,设置下限开关。为检修及更换氧枪方便,氧枪行程下限、转炉零位开关、转台旋入开关都增设了专用解锁开关,以便检修时按需操作。氧枪的提升,由上限和超高限位,两限位限制其提升行程。同样出于为方便检修工作的考虑,配有解锁手动开关。此外氧枪的升降控制在PLC运行程序上相互间有互锁。因为氧枪升降为交流接触器控制,正常冶炼时,其动作转换频繁。考虑到PLC外部执行器件的动作延时,为弥补氧枪升降操作台手动自复位转换开关的零位停顿时间不足,将导致升降接触器同时吸合,造成电气短路事故。特通过检测两接触器的返回复位信号,经过延时,再行升降动作转换。为保障冶炼工作安全进行,防止损坏设备,氧枪设备对其他设备的传动控制系统还有一些连锁信号。
　　3.5.2 系统参数实时检测及其控制功能实现
　　(1) 工艺参数的控制要求
　　首先,氧枪下降,氧气切断阀门正常打开,转炉炼钢得以正常进行。否则,氧枪下降后,氧气切断阀门不能正常开启或开启后突然关断,将造成枪头回火或粘钢,导致氧枪使用寿命降低甚至损坏。因此氧气切断阀门的正常开启还关系着氧枪设备的安全问题。氧枪的氧气控制阀为压缩空气操作介质,检测压缩空气压力和氧气压力是否正常,就成为能否正常通氧冶炼的关键。
　　(2) 工艺参数的实时检测及其控制功能的实现
　　操作氮气压力、氧气压力、氧枪进水压力、氧枪冷却水流量4个工艺参数,采用相应压力和流量传感器检测,输出4～20 mA电流信号采集进入模拟量输入模块, 将工艺要求的4路参数的上限和下限数值预置到程序中,调用比较指令等完成工况参数的判断,并输出相关的控制和报警信号。
　　
　　4 结语
　　通过对SIMENS公司的400 PLC在炼钢自动化的应用开发,尤其是实时检测生产工艺和电控系统两大参数群,判断处理决策控制,结合开关量逻辑控制功能和运行程序的在线热备技术,丰富的报警显示及提醒功能,使得炼钢自动化系统具备故障自检、智能控制和一定的故障应对能力。经实践运行,不仅实现转炉设备的零故障运行,而且设备的使用寿命大幅提高,经济效益十分显著。
　　
　　参考文献
　　[1] 王雅贞等.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备.北京:冶金工业出版社,2001.
　　[2] 谢书明,柴天佑.转炉炼钢自动化现状与发展[J].冶金自动化,1998.
　　[3] 刘浏.转炉全自动吹炼技术[J].冶金自动化,1999.
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