120噸轉爐傾動與氧槍控制系統

王 明，王玉昌

內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古包頭 014010

120噸轉爐傾動與氧槍控制系統

王 明，王玉昌

內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古包頭 014010

本文針對包鋼120噸轉爐傾動與氧槍控制系統進行設計，轉爐傾動控制系統采用西門子6RA70全數字直流調速裝置，并對開關抱閘進行分析。氧槍控制系統構成位置閉環控制系統，位置反饋采用公式法實現雷格碼轉換，介紹了事故抬槍的方法；控制系統采用PLC S7-400系列與wincc7.0組態軟件相結合，實現了對現場整體設備的自動監控。

傾動；氧槍；傳動

傾動與氧槍系統在轉爐系統中起著重要的作用，氧槍的定位精度直接影響到轉爐吹煉的工作效率和吹煉時間。同時，轉爐傾動系統，在自由360o旋轉時，要求電機運行電流平衡，保證傾動系統的穩定性、安全性。

1 轉爐傾動與氧槍系統工藝介紹

120噸轉爐傾動采用全懸掛式傳動系統。工作原理為四臺電機同時驅動，拖動一級減速機和二級減速機，二級減速機與轉爐驅動端耳軸連接，將轉爐爐體進行360o旋轉，完成出鋼、倒渣、兌鐵、測溫、取樣等工藝流程。

氧槍通過升降裝置將氧槍停在轉爐熔池上方，將高速動能的氧氣吹入轉爐熔池，主要完成轉爐頂吹氧氣及氮氣，從而完成鋼的冶煉和濺渣護爐的任務。

2 傾動控制系統

轉爐傾動控制系統由四臺西門子6RA70系列數控器組成，四臺數控器采用一主三從的工作模式，一臺數控器被設為主傳動工作模式，其他三臺數控器工作在從傳動模式。主傳動數控器以速度/力矩工作模式工作，主傳動數控器通過選擇開關對兩臺數控器進行選擇作為主控制器，并將數控器內數據組分為兩組，主從數據組自動切換。轉爐上位機PLC系統通過數控器端口對主數控器進行給定速度，主數控器發送消息通過光纖環網至數控器其他三臺從機，內容包括主機運行轉速、力矩及運行指令等，從機利用Simolink光纖環網與主傳動數控器連接，從而實現與主傳動的速度和力矩分配的任務［1］。主數控器通過編碼器反饋形成速度環，數控器設置參數形成電流環，構成雙閉環控制系統。

轉爐傾動通過控制字的方式對數據給定，數據組1為通過PROFIBUS通訊對CB板進行控制，數據組2為主數控器利用SIMOLINK光纖通訊對其它三臺數控器進行交換數據信息。6RA70數控器數字量輸出端子46、47與端子48、54可輸出24V電壓，兩對端子外接兩個繼電器，為低速檢測繼電器K16和力矩檢測繼電器K17。如圖1，P373.001=20低速檢查信號，P374.001=1低速檢查的滯環，輸出狀態字1第十位，P771=0120連接狀態位，驅動內部放大器，端子46輸出24V電壓。傾動速度下降至20％額定轉速時，K16繼電器通電閉合，制動器進入制動狀態，傾動電機提前進入制動狀態，避免轉爐爐體停止不穩定。如圖2，P590=117修改為電樞電流設定，P591=0實際電樞電流為零，差值結果經絕對值運算，P388=20，P389=2差值結果大于20并時滯2秒后延時發送到狀態字1的第八位，P772=0116連接狀態位，驅動內部放大器，端子48輸出24V電壓。數字量輸出端子48、54外接力矩檢測繼電器K17，電樞電流達到20％額定電樞電流時，抱閘進入打開狀態，力矩檢測的作用是直流電機建立一定的力矩時，抱閘才能打開，否則轉爐爐體會下滑，系統不穩定，容易發生人身傷害事故。

3 氧槍控制系統

氧槍的高度檢測采用與電機減速機相連的絕對值編碼器進行位置檢測，將氧槍的高度值傳送給S7-400 PLC控制裝置，并與氧槍的實際要求的位移設定值進行比較，之后向數控器輸出控制給定轉速值，數控器內部進行速度環、電流環調節后作用于電機，氧槍提升或下降，絕對值編碼器采集的位置信號反饋至PLC給定位移值，實現位置隨動系統。氧槍位置隨動控制系統，數值精確高、性能穩定，定位精度小于2cm，滿足氧槍升降裝置的工作要求。

絕對值編碼器檢測的格雷碼，相鄰兩個碼值只有一位不同，具有數據唯一性，計數準確，安全可靠，不容易發生錯誤。在PLC控制的氧槍定位系統中，必須將編碼器檢測出來的格雷碼轉換為二進制的BCD碼［2］。轉換方法有兩種：一種是查表法，根據一個格雷碼對應唯一的BCD碼，進行查表；第二種方法是公式法，根據卡諾圖公式對格雷碼進行二進制轉換。本設計主要從卡諾圖公式法對格雷碼轉換。

BCD碼：Bn-1、Bn-2、Bn-3、Bn-4……B2、B1、B0

格雷碼：Gn-1、Gn-2、Gn-3、Gn-4……G2、G1、G0

Bn-1= Gn-1

Bn-2= Gn-2⊕Bn-1

Bn-3= Gn-3⊕Bn-2

B1= G1⊕B2

B0= G0⊕B1

PLC通過公式法，將格雷碼轉換為二進制BCD碼，運算方便、效率高，解決了西門子PLC數值轉換的問題。

4 氧槍事故抬槍

當氧槍供電系統異常掉電時，氧槍可能正在吹煉，氧槍在冷卻水供應不足的條件下，容易發生燒損氧槍的故障，急需氧槍上升。氧槍系統增加另一路變壓器供電系統電源，當氧槍供電系統掉電，可通過操作刀閘開關，切換到另一路變壓器供電電源，電源直接供給氧槍系統，經過事故操作開關，氧槍上升到上位，體現了氧槍控制系統的安全性。

5 上位機控制系統

轉爐傾動與氧槍控制系統通過編程軟件STEP7 V5.5軟件和組態軟件WINCC 7.0來實現的，通過下位機組態軟件STEP7 V5.5編寫控制程序，將控制程序下載到PLC控制器中，PLC根據檢測到的設備輸入狀態，通過控制程序執行具體操作。在主控室可以操作現場設備，重要過程值的歸檔、趨勢顯示、報警以及查詢都是通過上位機來實現的。

6 結束語

本文給出了轉爐傾動與氧槍系統的控制方式，并對傳動內部參數進行分析，保證轉爐傾動系統的穩定性和氧槍系統的定位精確性。實踐證明，竣工后的120噸轉爐各方面運行狀況良好，滿足系統要求。

［1］閆金凱.轉爐傾動電機協調控制技術研究［D］.北方工業大學，2010.

［2］馬彥霞，陳玉國，司愛國.PLC中將格雷碼轉換成二進制碼一種運算方法［J］.微計算機信息，2006：10-1.

TP2

A

1674-6708（2015）147-0168-02