基于DCS的爐體傾動及氧槍位置控制系統設計

馬瑩瑩

（吉林電子信息職業技術學院，吉林吉林132021）

基于DCS的爐體傾動及氧槍位置控制系統設計

馬瑩瑩

（吉林電子信息職業技術學院，吉林吉林132021）

首先介紹了系統的集中控制監控級和分散過程控制系統的組成，分為5個控制子系統，之后，針對爐體傾動及氧槍位置控制系統軟硬件實現方法進行了研究。

DCS控制系統；爐體傾動；氧槍位置

1 集中控制監控級

上層集中操作監控級是面向現場操作人員的。這一級配備有技術手段先進、功能強大的計算機系統及各類外部設備，通常采用了西門子MP377-15觸摸屏作為監控制界面，對AOD爐設備進行實時監控，通過PROFIBUS-DP與MPI總線組成的實時通訊網絡與下層基于PLC的各子系統進行信息交換。

集中操作監控級的主要功能是：①關于運行狀態、產量以及工藝的一些數據可以隨時獲得；②把采集來的數據按照企業中生產管理的需求來分析處理，把這份關于生產管理的統計分析圖提交給管理者；③一些工業參數也是由監控系統傳送給設備的，使AOD爐能夠按設定的要求運行；④進行組態、監視和操作，對生產過程實行高級控制策略、故障診斷、質量評估等。

2 分散過程控制級

下層分散過程控制級采用西門子S7-300系列PLC完成各子系統的控制功能直接與生產過程現場的傳感器、執行器相連，完成生產過程的數據采集、閉環控制、順序控制等功能。構成這一級的主要裝置有可編程控制器、氧/氬氣流量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、稱重傳感器等二次儀表以及氧槍升降控制器、閥門控制器、振動給料控制器、萬能轉換開關等執行器。

整個過程控制系統分為5個控制子系統，分別為底槍控氣系統、頂槍控氣系統、爐體傾動及氧槍位置控制系統、加料控制系統、除塵監測系統。3套西門子設備S7-300供中央控制器使用?？刂葡到y采用西門子S7-300系列PLC，對生產線上各臺設備進行自動控制。SIMATIC S7-300系列是西門子公司生產的可編程序控制器中中小型的，中等性能的要求都可以滿足并得到應用。S7-300屬于模塊化PLC，各種模塊之間既是相互獨立的，也可以用于擴展任意組合。它主要由機架、CPU模塊、SM模塊、FM模塊、接口模塊、通信模塊組成，各種模塊通過總線連接器安裝在機架上。其中每一個CPU上都可以使用一個MPI（多點接口）通信協議的RS-485接口進行編程或與上位計算機進行通訊。一臺西門子S7-300可編程邏輯控制器可由中央控制器與底槍供氣流量控制系統共同使用，一臺西門子S7-300PLC可供爐體傾動控制系統與頂槍升降控制系統、頂槍供氣流量控制系統共同使用，加料控制系統單獨使用1臺S7-300PLC。中央控制器和操作臺以Profinet總線與5個子系統數據連接，5個子系統以Profibus現場總線與傾動變頻器、升降變頻器、拉繩傳感器、光電編碼器、氧氣閥體控制儀表、氬氣閥體控制儀表、八路閃光報警器、爐渣分析儀和氣體積算儀數據連接，拉繩傳感器的型號為HPS-M1-30-420，光電編碼器的型號為GAS60 R13E10 SGB，升降變頻器為西門子MM440變頻器，操作臺上采用智能二次儀表用于顯示和控制。

3 爐體傾動及氧槍位置控制系統設計

爐體傾動控制系統的主要功能是實現生產過程中爐體與氧槍相應的機械動作，包括爐體前傾與后傾、氧槍上升與下降、氧槍左旋與右旋等。其中AOD爐傾動裝置是AOD爐煉冶鐵合金中的主要機械設備，所帶負荷的工作特點為：正反轉、低速、重載、頻繁啟制動、強烈沖擊。傾動及相關控制系統需要控制的三個主要參數是位置、速度及扭轉力矩。針對控制要求本系統建立了位置環、速度環、電流環三閉環的控制系統，即最外環是位置環，最內環是電流環。

具體實現方案通過S7-300PLC外加西門子MICROMASTER 440變頻器組成串級控制器來實現。西門子S7-300PLC是西門子公司的中端產品，其運算能力以及安全穩定性在市場上久經考驗；交流電機變頻調速技術已成為當前調速與節能的主流產品。二者的有機結合，可以較好地實現AOD爐各種動作的控制要求。

傾動及相關控制系統的手動方式運行包括以下方面：氧槍升降，在頂槍控制操作臺上，氧槍升降受一個萬能轉換開關控制，當旋轉到左側表示氧槍下降（下降頻率為25Hz），中間表示氧槍停止，右側表示氧槍上升（上升頻率為40Hz）；轉爐傾動，在頂槍控制操作臺上，轉爐傾動受一個萬能轉換開關控制，當旋轉到左側表示轉爐前傾（前傾頻率為50Hz），中間表示轉爐停止，右側表示轉爐后傾（后傾頻率為50Hz）；煙罩旋轉，在頂槍控制操作臺上，煙罩旋轉受一個萬能轉換開關控制，當旋轉到左側表示煙罩左旋（左旋頻率為50Hz），中間表示煙罩停止，右側表示煙罩右旋（右旋頻率為50Hz）。

傾動及相關控制系統的手動方式運行包括：傾動控制系統。在頂槍畫面中輸入轉爐傾動角度并按下【啟動】按鈕，此時系統出現【確定】、【退出】對話框，按下【確定】按鈕系統根據設定角度自動控制轉爐傾動。該系統設定范圍（-180°， +180°），前傾為正，后傾為負，同手動運行方式，該系統可根據運行角度自動判斷前后傾動并在到達設定位置后自動停止；升降控制系統。在頂槍畫面中輸入氧槍升降高度并按下【啟動】按鈕，此時系統出現【確定】、【退出】對話框，按下【確定】按鈕系統根據設定高度自動控制氧槍升降高度。高度設定范圍［0，3.0］m，【頂槍上限位】指示燈亮為0m，系統同手動運行方式。

4 結語

氬氧精煉鐵合金氧槍控制系統采用集散控制技術，分別介紹了集中控制級和分散控制級控制功能，構建了氬氧精煉鐵合金生產過程DCS節能控制系統，研制了爐體傾動及氧槍位置控制系統的軟硬件實現方法。

［1］牛玉廣，馬駿馳，夏明，等.DCS基本控制單元可靠性建模與定量計算［J］.電子測量與儀器學報，2011，（6）.

［2］艾麗嬌.氬氧精煉鐵合金過程的DCS控制［A］.全國冶金自動化信息網2010年會論文集［C］，2010.

Design of Position Control System for Furnace
Tilt and Oxygen Lance Based on

MA Ying-ying
（Jilin Electronic Information Vocational and Technical College，Jilin，Jilin 132021，China）

The paper firstly introduces the composition of centralized control and decentralized process control system，which is divided into five control subsystems.Then，it studies the hardware and software realization method of the tilting and oxygen lance position control system.

DCS control system；furnace body tilting；oxygen gun position

TF748.2

A

2095-980X（2017）03-0078-02

2017-02-16

吉林電子信息職業技術學院院級項目。

馬瑩瑩（1982-），女，碩士，主要研究方向：電氣自動化。