轉爐自動控制系統(tǒng)淺析及設備改進

井運

【摘 要】介紹了壽光寶隆45T轉爐自動控制系統(tǒng)的軟，硬件配置和功能，并對近年來生產實踐中出現(xiàn)的部分問題提出設備改進和優(yōu)化方案。

【關鍵詞】轉爐；自動化控制；，PLC；改造方案

前言：

自動化控制系統(tǒng)是保證鋼廠正常運行和提高生產產能的核心部件。壽光寶隆45T轉爐煉鋼項目于2007年投入生產使用，該系統(tǒng)采用的是西門子S7-400PLC硬件系統(tǒng)，通過CPU的強大功能來統(tǒng)一控制各接口站模塊，實現(xiàn)對轉爐煉鋼的數據采集，過程控制，順序控制，安全聯(lián)鎖控制，保障各生產環(huán)節(jié)的協(xié)調配合。

一、轉爐自動化控制系統(tǒng)概述

轉爐自動化控制系統(tǒng)主要包括兩方面內容：轉爐本體系統(tǒng)和轉爐儀表系統(tǒng)。此外還有其他外圍輔助設備，上料系統(tǒng)，汽化冷卻系統(tǒng)，煤氣回收系統(tǒng)和風機除塵系統(tǒng)。過程控制采用電氣控制、儀表控制和計算機自動控制三電一體化實現(xiàn)，提高了控統(tǒng)的安全性和可靠性。

（一）轉爐本體系統(tǒng)

轉爐本體系統(tǒng)采用西門子S7系列，全系統(tǒng)由三個控制機架組成：（0）UR1，（1）UR2，（2）UR1。各機架之間采用的是IM460-0（發(fā)送接口模塊）和IM461-0（接收接口模塊），IM460-3（發(fā)送接口模塊）和IM461-3（接收接口模塊）進行通信。CPU采用CPU414-2DP。

轉爐本體系統(tǒng)主要包括轉爐傾動和轉爐氧槍兩部分。

1.轉爐傾動部分

轉爐傾動裝置是轉爐煉鋼的關鍵設備，其作用是在兌鐵水、加廢鋼、除渣、出鋼等過程中傾動爐體，完成煉鋼的工藝操作。目前國內主流的轉爐傾動機構采用4臺交流電機傳動，可驅動轉爐主體在±360℃的范圍內任意轉動。如何保證四臺電機同步啟、制動及力矩均衡，是轉爐控制的關鍵。壽光寶隆轉爐傾動系統(tǒng)采用的是西門子6SE70變頻器來驅動4臺45KW電機同步運行，達到爐體傾動目的。4臺電機平時全部投用，但允許使用3臺工作，這樣當一臺設備有故障時，生產不受影響；轉爐傾動電機輸出軸處裝有角度編碼器，實時給出爐體角度，其值可通過0°機械限位來校正。在正常傾動控制過程中，為防止搖爐失控和溜車現(xiàn)象，4臺抱閘液壓推桿裝置利用6SE70變頻器內部抱閘功能塊，控制抱閘接觸器，啟動時先啟動變頻器，等變頻器勵磁電流建立，變頻器輸出一定大小的轉矩后再打開抱閘。停止時，先使變頻器減速，等變頻器減速至一個極小值時關閉抱閘，等抱閘完全抱住后再停止變頻器，保證制動功能可靠。

2.氧槍自動升降控制部分

在轉爐煉鋼中，氧槍系統(tǒng)的控制是一個重要的控制環(huán)節(jié)，它直接影響著轉爐煉鋼生產的安全，高效及鋼水質量。轉爐氧槍有橫移和升降運動控制。升降系統(tǒng)的控制與轉爐傾動系統(tǒng)相似，也是采用PLC控制6SE70變頻器驅動電機運行。氧槍升降電機的抱閘控制更為嚴格，必須給出預轉矩后才能打開。氧槍的高度檢測與控制是轉爐設備的核心部件，由編碼器與機械限位和氧槍機械標尺同時檢測，確保氧槍控制的準確性。既保證煉鋼工藝的生產要求，同時又保證設備和人員安全。轉爐氧槍系統(tǒng)同時設有氣動馬達。氣動馬達采用UPS電源為其提供220V電源，控制氣動電磁閥，確保在突然失電的情況下將氧槍提到安全位置，避免出現(xiàn)重大安全事故。氧槍升降自動化系統(tǒng)完成的主要工作是對氧槍升降、速度和位置等進行控制。這里關系比較復雜，不但有其自身的條件，還同時和其他外圍設備互相連鎖。氧槍的故障主要是自動提槍和無法下槍。氧槍部分采用一用一備來保證生產的連續(xù)進行。

（二）轉爐儀表控制系統(tǒng)

轉爐儀表控制系統(tǒng)同樣采用的是S7-400CPU，此系統(tǒng)由大量的模擬量輸入輸出模塊，檢測各部位的溫度，壓力，流量等信號，同時利用模擬量輸出模塊來控制各閥門定位器和壓力調節(jié)閥，達到生產環(huán)節(jié)的供水，供氣等工藝要求。此系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)就是通過對轉爐本體及氧槍部分的水，溫度，壓力等進行準確檢測，然后通過通信網絡傳送給轉爐本體系統(tǒng)，一部分作為工藝參數數據，另一部分作為安全保護連鎖信號。比如氧槍水流量，進出水溫差，氧槍進水壓力等，這些都是事故提槍的條件，避免重大安全事故的發(fā)生。

（三）煤氣回收系統(tǒng)和風機除塵系統(tǒng)

轉爐煤氣是鋼鐵企業(yè)的重要二次能源，提高轉爐煤氣回收量，不僅能有效地降低煉鋼工序的生產成本，而且能極大地降低鋼廠污染物排放總量，實現(xiàn)綠色生產。煤氣回收系統(tǒng)和風機除塵系統(tǒng)的共同作用，使環(huán)保和節(jié)能落到實處。此部分內容不做詳細介紹。

二、工程師網絡

轉爐自動化控制系統(tǒng)由兩臺S7-400CPU組成主干環(huán)網，使用CP443-1模塊和兩臺OSM，光纖與網線組成工業(yè)以太網。各從站之間使用的是PROFIBUS通信協(xié)議，實現(xiàn)與主CPU之間的發(fā)送與接受數據。操作員站，工程師站等也是通過工業(yè)以太網接入到OSM，實現(xiàn)所有設備之間的連通。軟件部分通過STEP7 5.5編程軟件和WINCC 6.2畫面操作監(jiān)控軟件來實現(xiàn)操作站的全面控制。操作人員通過畫面輸入有關工藝操作數據，向PLC下達控制命令。另外，HMI通過PLC可采集生產過程中的各種檢測數據，并以數據文件或生產流程圖等形式在CRT上顯示，用于監(jiān)視生產過程和設備運行狀態(tài)，還可對生產過程中的數據進行報表打印和事故報警打印，并存儲主要工藝參數的歷史趨勢圖。

三、部分設備優(yōu)化改造方案

（一）轉爐氧槍抱閘部分改造

轉爐氧槍提升系統(tǒng)抱閘，原設計為單個液壓推動器抱閘和單個抱閘接觸器，在使用過程中易出現(xiàn)因液壓抱閘磨損或接觸器粘連等因素而引發(fā)的下滑溜槍現(xiàn)象。自壽光寶隆建廠以來也出現(xiàn)過幾次類似情況，存在極大的安全隱患。改造方案是增加一套液壓抱閘，增加一只抱閘接觸器，并且保證兩抱閘同步動作。這樣兩抱閘同時故障的可能性極小，極大的提高了設備的安全性能。

（二）轉爐工程師站網絡改造方案

目前壽光寶隆生產系統(tǒng)包括轉爐，精煉，VOD，連鑄，電爐，供輔等系統(tǒng)都是采用獨立的網絡通信。這樣就增加了維護人員的工作量及難度，并且不利于生產工藝數據的保存。改造方案是將各系統(tǒng)PLC通過光纖連接，組建一個強大的工業(yè)以太網，將網絡信息連接到工程師站。降低勞動工作量的同時，確保工藝數據的完整性。

（三）轉爐上料系統(tǒng)的設備改造

目前轉爐上料系統(tǒng)采用的是高低位各一人，協(xié)調配合完成對所需石灰等的上料工作。這樣做的弊端有兩點。1.轉爐吹煉時期煤氣濃度很高，31米上料人員單人操作進行上料，極易出現(xiàn)煤氣中毒事故。2.增加了用工成本。轉爐散裝料上料系統(tǒng)共有六個倉位，由1#垂直皮帶和2#水平皮帶將所需散裝料運到31米，再由卸料小車分配到六個倉位。具體操作都是由操作人員在現(xiàn)場操作箱來進行。具體改造方案如下：轉爐散裝料卸料皮帶出安裝監(jiān)控攝像頭兩個，對現(xiàn)場1#，2#皮帶情況進行實時監(jiān)控。散裝料六個倉位，每個倉位處安裝接近開關接入31米PLC。并且在每個倉位內加裝物位計接入PLC控制系統(tǒng)，來監(jiān)測各料倉的料位情況。

四、結束語

總而言之，要完成轉爐煉鋼的自動化控制，其本質就是要能做到“高產低耗”，要想實現(xiàn)這一目標，就必須要全面實施與運用自動化技術。我們應該要充分利用轉爐煉鋼的自動化控制技術來提高生產效率，在降低生產成本的同時提高我們的鋼鐵產品質量，讓鋼水鐵水盡量保持恒溫，降低鋼鐵成分的波動，提高燃氣回收使用率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的盈利空間。隨著科技的進步，自動化控制技術也得到了進一步的發(fā)展，在未來，轉爐煉鋼的自動化控制技術必定會更加成熟，可以利用光學等技術來對爐內環(huán)境進行實時測量與監(jiān)控等。這些新興的科技與人工智能在未來都將為鋼鐵生產帶來新鮮動力，從而使得我國轉爐煉鋼的自動化水平上升到一個新的階段。

【參考文獻】

[1]廖常初編著.S7-300/400PLC 應用技術[M].機械工業(yè)出版社，2008 年出版.

[2]蔣慎言，陳大綱編著.《煉鋼生產自動化技術》[M].冶金工業(yè)出版社，2006年出版endprint