太钢90吨LF炉PLC控制系统.pdf

第 4期 总第 1 5 5 期 2 0 0 9年 8月 机 械工 程与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUTOMAT1 0N No． 4 Au g． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 9 0 4 0 1 4 7 0 2 太钢 9 0吨 L F炉 P L C控制 系统 王 林 虎 太钢不锈股份有限公 司 第二炼钢厂 ，山西 太原0 3 0 0 0 3 摘要 简介 了太钢二钢厂不锈钢改造工程新建 9 o吨不锈钢 L F精炼 炉的 P L C 自动化控制系统 的系统配置 。 通 过对 9 0吨 L F炉合金加料 P L C控制软件 的改 进、创新 ， 保证 了控制精度 ，满足 了生产工艺要求 ；针对底吹氩 调节系统的改进创新 ，使其调节的快速性 、实时性 、稳定性 、精度都优于传统的调节 系统 。 关键词 P L C；控制模型 ；合金加料 中图分类号 TP 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 I F 一 9 0吨钢 包 精 炼炉 用 于对 转 炉 不 锈钢 水 进 行 加热、升温、成分调整 、脱硫、脱氧、去夹渣、均匀 钢水成分和温度 ， 并作为转炉与连铸机的中间环节 ， 使 钢包精炼炉一连铸协调生产，实现多炉连浇，确保连 铸机稳定生产。合金加料是炼钢工艺的一个重要生产 环节，无论在转炉、电炉、VOD精炼还是 L F炉 ，二 次精炼不锈钢都是非常重要的，通过 向钢包 内加入不 同种类 和重 量 的合金料 ， 以达到 调整 钢水成 分 的 目的 。 通过 P I c软件的改进 、 创新 ， 依靠 P I C 自动化控制系 统优良准确的过程重现性 ，为整个生产过程提供了稳 定 可靠 的控制 ， 达到 了 国 内先 进水平 。 本文 介绍 了 L F 炉 合 金加 料 、底 吹 氩 调节 二 大 主要 系统 P I C软 件设 计 、调试 、改进的经验 ，以及调试 中遇到的几个问题 及 解决 方法 。 1 9 0吨 L F精 炼 炉简 介 L F炉 精炼 过 程 主要 是 在 钢包 内通过 顶 部 电 弧加 热、 底部吹氩搅拌还原渣 ， 在还原气氛下进行脱氧、 脱 硫 ，均匀和调整钢水温度 、成分 ，去除部分夹杂 。合 金微调使用合金加料系统 ，使得成分控制准确，通过 铁合金元素或铝或喂丝可 以高效地达到最终要求的化 学成 分 。 9 O吨 L F精炼炉主要包括以下几个部分 L F炉 钢包 ； ②I F炉钢包 车系统 ； ③I F炉炉盖提升系统 ； ④ L F炉炉盖水冷系统 ； ⑤I F炉电极升降系统 ； ⑥I F炉 除尘系统 ；⑦I F炉合金加料系统；⑧I F炉底吹氩系 统；⑨喂丝机及导管。 2 9 0吨 L F精 炼炉 的控 制 系统 2 ． 1 控 制 系统硬 件及 网络 配置 L F炉计算机 自动化控制系统的硬件及网络配置 见 图 1 。 图 1 9 0吨 LF妒 控 制 系统 的 硬 件 及 网 络 配 置 L F精炼炉 P I C控制系统硬件设备采用德国西门 子公 司 的 P I C ／ HMI 系统 ， 设 有 3 套 P L C S 7 4 0 0 控 制主站， 分别完成 L F炉的炉体、 合金加料、电极调节 3 大控制功能 ； 5套 E T一2 0 0 控制从站 ， 主要完成 1 和 2 底吹氩控制 、 合金加料控制 、 水冷系统控制、炉 收祷 日期 2 0 0 8 1 2 - 1 9 ；修回 日期 2 0 0 9 0 3 2 1 作者简介 王林虎 1 9 7 2 一 ， 男 ， 山西闻喜人 ， 工程师 ， 本科 ， 现从事 电气 自动化技术工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 0 9年第 4期 前 台控 制 、 液压系统控 制等 功能 ； 1 套 S 7 3 0 0控制从 站 ， 主要完成喂丝机系统的控制 ；2套 HMI 计算机操 作员 站 ， 实 现人机友 好对话 功能 。 3套 P I C S 7 4 0 0 控 制系统之间以及它们与 HMI 上位工控计算机之间采 用以太网相连接， 实现以太网通讯； 4 套 E T一2 0 0 M 控 制从站、1套 S 7 3 0 0 控制从站与炉体 P I C S 7 4 0 0 控 制主站 通过 稳定 的 P R OF I B US DP 网通 讯 ；1套 E T一2 0 0 M 控制从站、8套变频器控制从站与合金加 料 P I C S 7 4 0 0控 制 主站 通过 稳定 的 P ROF I B US DP网通讯 。 2 ． 2各控制站 功 能简介 I F炉 体控 制站 主要 用 于完 成 钢包 车 系统 、炉 盖 提升系统 、 炉盖水冷系统、电极升降系统 、液压系统、 除尘系统、电气系统的控制功能；合金加料控制站主 要用于完成自动／ 手动合金称量、 加料控制功能 ； 电极 调节控制 站主要通 过给定 电流值 实现 电极 自动动态 调 节功能 ；5套 E T一2 0 0 M 控制从 站 主要 用 于完 成底 吹 氩系统的氮／ 氩切换及其压力和流量的自动调节功能、 合金加料控制功能、水冷系统控制功能 、炉前台控制 功 能 、 液 压系统控制 功能 ； S 7 3 0 0控制 从站 主要完 成 喂丝机系统的控制 ；8套变频器控制从站完成对变频 器 的控制功 能 。 2 ． 3 P I C控 制 系统 主要功 能及软件 创新 改进 合金加料 系统通过 P I C控 制设备 的 动作顺序 ， 以 满足生产的工艺要求。合金称量、加料系统的程序由 以下几部分构成操作控制模式选择切换 、设定值读 入及初始化处理、自动称量控制、 自动加料控制、数 据网络通讯、H MI 操作画面显示、故障报警显示、趋 势显示、现场信号读入和数据采集、现场计算机控制 信号设备输出等。 2 ． 3 ． 1 合金加 料 系统 的操作 方式 合金加料 系统的操 作方式有 HMI 中央 自动方 式、 中央半 自动方式、现场手动方式、故障中断方式。中央 自动方式时，操作人员根据工艺规程，通过 HMI 设定 各种合金物料加入量， 加料运行后 ， P L C软件根据设定 好的合金物料量， 按一定优先顺序启动高位仓振动给料 器， 将料排人对应称量斗，当达到预期加料时刻 自动由 可逆皮带机 、 垂直皮带机 、排料仓及振动给料器进入 钢 包内。中央半 自动方式时，操作人员通过 HMI 对合金 称量和加料分别进行操作和控制，合金称量完毕后，由 操作人员确定加料时刻 ，发 出加料指令进行 加料控制 。 现场手动方式时， 在现场通过就地操作箱进行各个加料 设备的运行操作，主要用于现场设备的维护、调试。无 论在 自动方式或半 自动方式 ，当 P I C软件 判定称量 系 统故障时， 或操作人员认为有必要时， 系统将切换到故 障中断方式， 在这种状态下操作人员可随时根据情况恢 复称量或将合金料返到返料斗。 2 ． 3 ． 2 设 定值读 入及初 始化处 理 合金称量和加料的设定值是操作人员通过计算机 HMI 画面输入的，上位计算机经以太网向 P I C发 出 开始命令后，控制程序读人设定值 ，对高位仓按优先 顺序排序 ，对设定值进行检查 ，当设定各高位仓合金 料总重量超过称量斗允许重量时，P I C软件 自动进行 分割称量计算 ，每次称量总重量不超过称量斗的称量 允许 值 。 2 ． 3 ． 3 合 金加料 自动控 制 合金加料 自动控制分合金称量和合金加料两部 分。合金称量过程为称量斗按优先顺序对设定高位 仓依次进行称量 ，称量完成时或分割称量完成一次分 割称 量时 ，称量 斗等待排 料命令 。合 金称量 斗装备有 电子 秤 、闸板 阀、振 动给料器 、变频 器 。1 称量斗 为 5 t ， 对应1 ～4 高位仓称量； 2 称量斗为3 t ， 对应 5 ～8 高位仓称量。自动称量计算机程序的主要控 制功能有 高位仓合金料排出顺序控制、合金料排出 称量控制、高位仓排出量误差补正、高位仓准确排料 控制 。 2 ． 3 ． 4自动加料控 制 自动方 式时 ，在吹炼 达到加 料时刻 时 自动 发 出合 金称量加料命令；在半 自动方式时，操作人员发出合 金称量加料命令，P L C系统启动合金加料程序，自动 完成合金加料。 2 ． 3 ． 5 高位仓 物料 管理 高位仓共有 8 个 ，合金上料由天车完成 ，高位仓 物料高度 由阻旋式料位仪检测 ， 料仓在库量由P I C软 件根据合金上料输入量和排出量计算得到。 P I C记录 每次称量、加料的合金种类 、数量，使操作人员能随 时监控存料情况，同时能够记录每炉钢水总共加料数 量和种类 ，并将数据送上位工控机 HMI 。 2 ． 4 底 吹 氩 P I C控 制 系统的改 进 底 吹氩 系统对 L F炉冶炼过 程 中的 钢水 成分 均匀 化 以及化学反应速度起着重要作用，原厂家设计为 2 个底吹氩站，采用传统的快断阀，依据流量计检测信 号 采 用调 节 阀控 制，由于 控制 流量 较小 ，最 小达 1 O I ／ rai n ，达不到工艺要求的控制精度和稳定性，且 P L C与 2个底 吹氩站 用硬 电缆连接 ，费用 高 、信号可 靠性差 ， 因此进行改进设计。 首先 ， 使用P RO F I B Us D P网络连接 S 7 4 0 0主站及 2个底吹氩站 ，底吹氩 站做控制从站 ，提高了系统通讯的快速性 ；为了满足 L F炉对底吹氩搅拌压力和流量均衡、 稳定、 精度的要 求 ，1 、2 底吹氩 自动调节控制系统采用了先进电 磁阀岛控制， 它的调节由P I C软件控制电磁阀岛的不 同组合来实现 ， 其调节的快速性 、 实时性、 稳定性、 精 度都优于传统的调节系统。 2 ． 5 调 试 中遇 到 的难题及 解 决措 施 2 ． 5 ． 1 L F炉加料系统 1 、2 电子秤干扰问题 下 转第 1 5 1页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9年第 4期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 5 1 恒温曲线。 其 中， 设定恒温温度为1 0 5 0 C， 从 图中可 以看 出 ， 3 段 升温 曲线 很 明显 ， 能够 较好地 跟 随设定 升 温 曲线 进 行 升 温 。整 个 升 温过 程 温 度 误 差 能 控 制 在 7 C，恒温 过程温 度误 差控 制在 3 C。 图 4 燃烧炉温 度控 制曲线 5结 语 根据竖式燃烧炉的特点及控制要求 ，设计了双输 入 单输 出的模 糊控 制器 ，这种 结 构 的模 糊控 制器 具有 非 线 性 P D控制 规律 ， 有 利于保 证 系统 的稳定 性 ， 并 可 减少响应过程 中的超调量以及削弱其振荡现象 。实践 证 明控制系统起到了良好的控制作用 。 参考文献 [ 1 ] 刘 曙光 ， 魏俊 民， 竺志超 ． 模 糊控制技 术 [ M] ． 北 京 中 国 纺 织 出版 社 ， 2 0 0 1 ． E 2 ] 易继锴 ， 侯媛彬． 智能控制技术 [ M] ． 北京 北京工 业大学 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 3 ] 郭代仪． 模糊控制技术 及其在冶金工业 中的应 用[ M] ． 重 庆 重 庆大学出版社 ， 1 9 9 9 ． Te m p e r a t u r e Fu z z y Co nt r o l S y s t e m f o r Ve r t i c a l Co a l Po wd e r Co m b u s t i o n Fu r n a c e M I N Xi a o c ha o， LV W e i y ang S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r in g ，Un i z e r s i t y o f S c ie n c e a n d Te c h n o l o g y B e ij i n g -B e i j in g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a Abs t r a c t Th e c oa l po wd er c ombus t i o n pr o c e s s ha s s uc h c ha r a c t e r i s t i c s a s no n l i n e ar ， t i me v ar yi n g， t i me de l a y a nd a s y mm e t r i c g ai n． Ac c o r di n g t O t he s e t r a i t s， t hi s pa pe r d e s i gns a t e mpe r at u r e f u z z y c ont r ol s ys t e m ba s e d o n Hol l ys ys PLC．The c or e p a r t o f t he c o nt r ol s y s t e m i s a f uz z y c on t r ol l e r wi t h do ubl e i n put an d s i n gl e out pu t ． The c o nt r o l l e r p ar a me t e r s s u c h a s i np ut uni v er s e a nd ou t put u n i v e r s e h a v e b e e n g a i n e d b y r e p e a t e d e x p e r i me n t s ．Th e s y s t e m ha s b e e n p u t i n t o u s e，wi t h a d v a n t a g e s o f f a s t r e s p o n s e s p e e d a n d hi gh p r e c i s i o n． Ke y wo r dsv er t i c al c o al po wd e r c o mbus t i on f u r n a c e；f uz z y c ont r o l ； PLC I - 接 第 1 4 8页 在调试过程 中， 电子秤受电磁干扰较大 ， 特别是在 高压送 电过程中。检查发现电子秤模拟量信号采用屏 蔽电缆 ，但与强电电缆安装在同一桥架 ，于是改进设 计， 电子秤电缆专门安装一个桥架 ， 并且屏蔽线单端接 地， 经试验在高压不送电过程中， 电子秤模拟量信号稳 定 。 为 了进 一步屏 蔽 强磁 场干扰 ， 再 改进 设计 ， 象 布 网 线一样 ， 整个电子秤电缆穿铁管屏蔽 ， 并接地 ， 经试验 加料 ，HMI 画 面显示 电子秤 模 拟量信 号稳 定 ，不 再受 外 界干 扰 。 2 ． 5 ． 2 9 0吨 L F炉 调节 系统 电极不 启弧 放 电问题 在调试电极 自动控制参数时， 电极不下降启弧， 手 动强制下降后也不启弧。 经检查， 其高压系统正常 ， 地 线接地 完好 ， 最后 检查 发 现 ， 钢 包 内焦炭 太 多 ， 引起对 地电阻太大 ， 导致不能启弧放电 ， 临时做一钢包对地短 接线后 ， 电极启弧放电， 问题解决后， 加快 了调试进度， 确保按时投产。 3结论 太钢二钢 厂南 区不锈钢扩容 改造工程 9 O吨 L F 不锈钢精炼炉已于 2 0 0 7年 6月正式按计划投产运行， 随着生产的进行 ， 设备的运转 ， 在生产过程中遇到的一 些 电气 问题还 需进 一 步解 决 ，如 电极 比例 阀零 点 漂移 等问题。经过 5 个多月的实际运行 ，证 明其合金上料 P I C控制应用软件设计是成功的 ， 底吹氩 P I C控制系 统 的改进 是 符合 实际 的 ， 完全 满 足 了生 产工 艺要 求 ； 其 P I C 自动控制系统的可靠性、可维护性高 ， HM1 人机 界面更为友好，生产操作更加方便。 PLC- b a s e d Co nt r o l S y s t e m f o r TI S CO 9 0 t LF La dl e Re f i ni ng Th e S e c o n d S t e e l ma ki n g Pl a n t 0f TI SC0 ， Ta i y u a n 0 3 0 0 0 3， Ch i n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e c o n f i g u r a t i o n o f PL C b a s e d a u t o ma t i o n c o n t r o l s y s t e m f o r 9 0 t l a d l e f u r n a c e i n TI S C O’ S No ． 2 S t e e l ma k i n g Pl a n t ． Th e i mp r o v e me n t o n c o n t r o l s o f t wa r e o f a l l o y i n g c h a r g e ma d e t h e c o n t r o l s y s t e m me e t t h e r e q u i r me n t o f p r o d u c t i o n p r o c e s s ，a n d t h e i n n o v a t i o n O I l b o t t o m b l o wi n g a r g o n a d j u s t me n t s y s t e m ma d e t h i s s y s t e m b e t t e r t h a n t r a d i t i o n a l a d j u s t me n t s y s t e m i n s p e e d．r e a l t i me ，s t a b i l i t y a n d a c c u r a c y ． Ke y wo r dsPLC ；c on t r o l mod e l ； a l l oy i n g c har ge 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m