冶煉轉爐電氣自動化設計性價比與調試發生問題的探討

徐建林

（新疆五鑫銅業有限責任公司 阜康 831500）

冶煉轉爐電氣自動化設計性價比與調試發生問題的探討

徐建林

（新疆五鑫銅業有限責任公司 阜康 831500）

五鑫銅業轉爐備用電源試驗控制回路連接線路把3臺轉爐的試驗開關全部連接在一起，串聯3個轉換開關及超長連接的電路，使得每臺爐體的備用電源在試驗時不能正常工作。本文闡述了設計角度對比主電源投資利用的經濟特性；控制回路繼電器控制回路和PLC控制回路的利弊和現在發展趨勢，控制條件需要選擇有利于生產及杜絕事故的方面綜合考慮，降低設計誤差帶來的損害設備的概率。通過調試發現問題，解決問題。

冶金電氣 自動化控制 元器件 性價比 調試

0 引言

電氣自動控制系統在現代化工業生產中應用廣泛，應用中因設計、元器件選型、安裝中產生的問題，出現圖紙工作原理可行，但在實際運行中影響系統正常運行的問題時有發生。充分體現了理論指導實踐，實踐是檢驗理論正常與否的重要性。設計方案的確立也是企業在設計投資性價比上的充分體現，后期使用維護成本也應充分考慮。

1 轉爐電氣控制的設計

1.1 供電電源、主回路設計

五鑫銅業轉爐電氣設計交流控制，驅動系統采用90 kW繞線式異步電動機轉子串電阻調速控制。因工藝條件要求在失去風壓時要將正在吹煉的爐體轉至風眼安全區，設計了400 kVa的梅蘭日蘭生產的逆變電源，正常供電的情況下采用市電電源供3臺轉爐工作，當市電突然停電時自動投入由電瓶組通過逆變器將直流電逆變成交流電的逆變電源供到3臺轉爐并自動正傳爐體45°停止，保障工藝設備正常運行。

1.2 電源控制回路設計

電源的控制回路是通過交流失壓繼電器K1發出信號投切電源。K1（交流失壓信號繼電器）是通過3臺爐體控制柜的繼電器K29（交流失壓試驗繼電器）的常閉點串聯到K1的線圈回路控制的，當任一臺爐體交流失壓斷電時，K29動作使得K1線圈失電，通過串入備用電源回路接觸器線圈K1常閉點使備用電源接觸器工作。K29也可通過SA12失壓試驗開關的控制，檢驗電源與備用電源之間的切換是否正常。

2 調試發現的問題

在投入使用時，只有用3號爐操作臺的SA12開關試驗時K1繼電器線圈工作釋放靈活，因為3號爐SA12與電源室線路距離最近，1、2號爐操作臺SA12開關在斷開時無法實現斷開K1試驗要求。

K1斷不開原因分析：K1的線圈電壓選擇的是380 V,不釋放的原因有：一是繼電器鐵芯有油粘住不釋放;二是繼電器過流觸點粘死;三是繼電器機械卡死;四是繼電器有剩余電壓。檢查之后前三點可以排除，只有剩余電壓，且當拆除L3時可以斷開，所有連接線路檢查正常。檢查1、2號爐體操作臺SA12開關也是斷開的，但K1還是斷不開，在K1線圈測得的剩余電壓在270 V左右，K1繼電器使用的是施耐德生產的CAD-32Q7C+LAD-8N02，產生剩余電壓的原因是變壓器感應電引起的，變壓器輸入端L3對地電壓220 V，當另一端在很長的一段距離，因線路太長會產生零電位，有些繼電器的合閘電壓為380 V,保持電壓可以不是額定電壓，因有一定的電壓，所以釋放不了。

3 改造

將原來的3臺爐體操作臺SA12控制的K29的3個串聯繼電器節點分別開來，用3個SA12直接控制各自爐體對應的繼電器，再將3個繼電器的常開觸點串聯到市電電源接觸器的控制回路，將3個繼電器的常閉觸點并聯到備用電源接觸器的控制回路，且將回路控制放到隔離變壓器的輸出端，用每臺爐體的SA12開關直接分段各自的K29繼電器，試驗工作正常。

4 設計對比分析

4.1 電源及主回路對比

轉爐冶煉系統屬于火法冶煉，在運行過程中必須保證不間斷供電，不間斷供電選擇有備用交流電源交流驅動和直流電源直流驅動，備用交流驅動有備用交流發電機和直流逆變器兩種，前者投資較大一般企業會放棄而選用后者，而選擇后者是逆變器與用直流充電系統和直流驅動二者在投資上不會相差太大，但在實際運行中利弊各異，轉爐吹煉控制系統必須要有絕對保障，特別是當突然停電時，必須有動力自動傾轉爐體，不然會極大地影響生產，給生產造成浪費或無意識的加大了生產成本。選用逆變器作為備用電源只能在暫時失電時作用，而在轉爐整個控制回路故障時不能使用；如果選擇直流充電系統供用直流電機控制回路作為備用系統，實際上是2套完善控制系統，1套故障另1套正常使用。

4.2 控制回路的對比

轉爐設計控制系統沒有設計PLC控制，PLC程序控制系統通過將繁瑣的電氣控制條件和工藝要求的條件寫入系統控制，簡單快捷，處理判斷問題易于觀察。用的是繼電器控制回路，繼電器控制回路在70～90年代使用較為廣泛，故障率較高，且在排除故障時大量繁瑣的排查控制回路，費時費力，給生產系統設備埋下隱患。如果用交、直流分開控制系統的方式，即交流、直流各1套整體控制系統，在控制交流回路中將電氣控制條件和工藝條件寫入PLC程序，直流用電器直接控制方式，當交流失電時，直接用直流電機驅動控制轉爐運行，強化了需要運行時目的，確保工藝生產指標的完成。

工藝條件的連鎖控制是通過DCS系統實現的，DCS系統在儀表使用即模擬量采集控制方面使用方便快捷，但在電氣條件控制方面不比PLC好用，轉爐的電氣連鎖條件較多，比如：事故傾轉的必要條件、制動器松閘、運轉準備、正反轉信號、爐體轉動時的位置標識等。

4.3 控制條件對比

最主要的是轉爐運行與事故傾轉的控制條件，在設計時用的是轉爐進口和風機出口的2臺閥門全開信號，當2閥全開時，允許轉爐轉入吹煉位置，全關時轉爐自動轉到安全位置。試想不用壓力控制而是用開關位置控制，開關在任何時候任何情況下，都可以開啟，在無風壓或壓力不足時，轉動有熔體的爐體進入吹煉位置，就會造成灌風眼事故。經過工藝分析對比，將該工藝條件改為轉爐進口和風機出口的兩臺閥門在滿足工藝風壓的條件下進行控制，通過出口壓力傳感器與進口壓力傳感器同時滿足一定的工藝壓力條件才能進入吹煉位置，在低于一定的工藝壓力時將爐體自動傾轉到安全位置。

5 元器件選型

接觸器、繼電器選擇，一些繼電器、接觸器是額定電壓的，也有一些繼電器屬于寬電壓的，繼電器的工作電壓和線圈保持電壓也不盡相同，所以，在電氣回路配置元器件選型方面也要注意這一類問題，就會杜絕在調試過程中出現類似的問題，影響正常的運行條件。

6 線路控制和控制電源

無論是主回路、控制回路的線纜距離也要控制，線路越長、電壓降越大，所用導線也要隨之加大，如果不加大，就會導致壓降增大無法工作，或是控制不靈活、快捷，造成設備事故。

在現在的很多設計中，為了保障控制電源的可靠性，不受外界電源電壓波動的干擾，通常采用隔離變壓器的方式供給本臺控制系統的控制電源，這種設計中工作零線顯得尤為重要，一定要使用各自隔離變壓器的工作接零，不能將保護接地連接到工作接零上，也不能使用其他隔離變壓器的工作接零，隔離變壓器屬于中性點不接地系統，如果將不接地系統與接地系統接在一起，會產生兩點之間的電位差，產生電壓，留存在控制回路中，從而使得該回路產生高電壓燒壞繼電器，或因產生的剩余電壓使得在工作中的繼電器無法釋放。

7 結束語

轉爐系統的設計，在現代化大工業冶煉生產中應用較為廣泛，設計的選擇顯得尤為重要，作為一個好的設計應該從先期投資成本、控制方式、使用維護費用、故障處理空間和性價比上統籌考慮，不能一味追求高性價比的概念，有些在實際中投資較大的備用物件使用的概率極低，應該考慮降低配置。在實際使用中頻率較高的可以考慮高性價比的進行配置。

收稿：2014-01-13