转炉自动控制系统浅析及设备改进
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【摘 要】介绍了寿光宝隆45T转炉自动控制系统的软，硬件配置和功能，并对近年来生产实践中出现的部分问题提出设备改进和优化方案。
【关键词】转炉；自动化控制；，PLC；改造方案
前言：
自动化控制系统是保证钢厂正常运行和提高生产产能的核心部件。寿光宝隆45T转炉炼钢项目于2007年投入生产使用，该系统采用的是西门子S7-400PLC硬件系统，通过CPU的强大功能来统一控制各接口站模块，实现对转炉炼钢的数据采集，过程控制，顺序控制，安全联锁控制，保障各生产环节的协调配合。
一、转炉自动化控制系统概述
转炉自动化控制系统主要包括两方面内容：转炉本体系统和转炉仪表系统。此外还有其他外围辅助设备，上料系统，汽化冷却系统，煤气回收系统和风机除尘系统。过程控制采用电气控制、仪表控制和计算机自动控制三电一体化实现，提高了控统的安全性和可靠性。
（一）转炉本体系统
转炉本体系统采用西门子S7系列，全系统由三个控制机架组成：（0）UR1，（1）UR2，（2）UR1。各机架之间采用的是IM460-0（发送接口模块）和IM461-0（接收接口模块），IM460-3（发送接口模块）和IM461-3（接收接口模块）进行通信。CPU采用CPU414-2DP。
转炉本体系统主要包括转炉倾动和转炉氧枪两部分。
1.转炉倾动部分
转炉倾动装置是转炉炼钢的关键设备，其作用是在兑铁水、加废钢、除渣、出钢等过程中倾动炉体，完成炼钢的工艺操作。目前国内主流的转炉倾动机构采用4台交流电机传动，可驱动转炉主体在±360℃的范围内任意转动。如何保证四台电机同步启、制动及力矩均衡，是转炉控制的关键。寿光宝隆转炉倾动系统采用的是西门子6SE70变频器来驱动4台45KW电机同步运行，达到炉体倾动目的。4台电机平时全部投用，但允许使用3台工作，这样当一台设备有故障时，生产不受影响；转炉倾动电机输出轴处装有角度编码器，实时给出炉体角度，其值可通过0°机械限位来校正。在正常倾动控制过程中，为防止摇炉失控和溜车现象，4台抱闸液压推杆装置利用6SE70变频器内部抱闸功能块，控制抱闸接触器，启动时先启动变频器，等变频器励磁电流建立，变频器输出一定大小的转矩后再打开抱闸。停止时，先使变频器减速，等变频器减速至一个极小值时关闭抱闸，等抱闸完全抱住后再停止变频器，保证制动功能可靠。
2.氧枪自动升降控制部分
在转炉炼钢中，氧枪系统的控制是一个重要的控制环节，它直接影响着转炉炼钢生产的安全，高效及钢水质量。转炉氧枪有横移和升降运动控制。升降系统的控制与转炉倾动系统相似，也是采用PLC控制6SE70变频器驱动电机运行。氧枪升降电机的抱闸控制更为严格，必须给出预转矩后才能打开。氧枪的高度检测与控制是转炉设备的核心部件，由编码器与机械限位和氧枪机械标尺同时检测，确保氧枪控制的准确性。既保证炼钢工艺的生产要求，同时又保证设备和人员安全。转炉氧枪系统同时设有气动马达。气动马达采用UPS电源为其提供220V电源，控制气动电磁阀，确保在突然失电的情况下将氧枪提到安全位置，避免出现重大安全事故。氧枪升降自动化系统完成的主要工作是对氧枪升降、速度和位置等进行控制。这里关系比较复杂，不但有其自身的条件，还同时和其他外围设备互相连锁。氧枪的故障主要是自动提枪和无法下枪。氧枪部分采用一用一备来保证生产的连续进行。
（二）转炉仪表控制系统
转炉仪表控制系统同样采用的是S7-400CPU，此系统由大量的模拟量输入输出模块，检测各部位的温度，压力，流量等信号，同时利用模拟量输出模块来控制各阀门定位器和压力调节阀，达到生产环节的供水，供气等工艺要求。此系统的重要环节就是通过对转炉本体及氧枪部分的水，温度，压力等进行准确检测，然后通过通信网络传送给转炉本体系统，一部分作为工艺参数数据，另一部分作为安全保护连锁信号。比如氧枪水流量，进出水温差，氧枪进水压力等，这些都是事故提枪的条件，避免重大安全事故的发生。
（三）煤气回收系统和风机除尘系统
转炉煤气是钢铁企业的重要二次能源，提高转炉煤气回收量，不仅能有效地降低炼钢工序的生产成本，而且能极大地降低钢厂污染物排放总量，实现绿色生产。煤气回收系统和风机除尘系统的共同作用，使环保和节能落到实处。此部分内容不做详细介绍。
二、工程师网络
转炉自动化控制系统由两台S7-400CPU组成主干环网，使用CP443-1模块和两台OSM，光纤与网线组成工业以太网。各从站之间使用的是PROFIBUS通信协议，实现与主CPU之间的发送与接受数据。操作员站，工程师站等也是通过工业以太网接入到OSM，实现所有设备之间的连通。软件部分通过STEP7 5.5编程软件和WINCC 6.2画面操作监控软件来实现操作站的全面控制。操作人员通过画面输入有关工艺操作数据，向PLC下达控制命令。另外，HMI通过PLC可采集生产过程中的各种检测数据，并以数据文件或生产流程图等形式在CRT上显示，用于监视生产过程和设备运行状态，还可对生产过程中的数据进行报表打印和事故报警打印，并存储主要工艺参数的历史趋势图。
三、部分设备优化改造方案
（一）转炉氧枪抱闸部分改造
转炉氧枪提升系统抱闸，原设计为单个液压推动器抱闸和单个抱闸接触器，在使用过程中易出现因液压抱闸磨损或接触器粘连等因素而引发的下滑溜枪现象。自寿光宝隆建厂以来也出现过几次类似情况，存在极大的安全隐患。改造方案是增加一套液压抱闸，增加一只抱闸接触器，并且保证两抱闸同步动作。这样两抱闸同时故障的可能性极小，极大的提高了设备的安全性能。
（二）转炉工程师站网络改造方案
目前寿光宝隆生产系统包括转炉，精炼，VOD，连铸，电炉，供辅等系统都是采用独立的网络通信。这样就增加了维护人员的工作量及难度，并且不利于生产工艺数据的保存。改造方案是将各系统PLC通过光纤连接，组建一个强大的工业以太网，将网络信息连接到工程师站。降低勞动工作量的同时，确保工艺数据的完整性。
（三）转炉上料系统的设备改造
目前转炉上料系统采用的是高低位各一人，协调配合完成对所需石灰等的上料工作。这样做的弊端有两点。1.转炉吹炼时期煤气浓度很高，31米上料人员单人操作进行上料，极易出现煤气中毒事故。2.增加了用工成本。转炉散装料上料系统共有六个仓位，由1#垂直皮带和2#水平皮带将所需散装料运到31米，再由卸料小车分配到六个仓位。具体操作都是由操作人员在现场操作箱来进行。具体改造方案如下：转炉散装料卸料皮带出安装监控摄像头两个，对现场1#，2#皮带情况进行实时监控。散装料六个仓位，每个仓位处安装接近开关接入31米PLC。并且在每个仓位内加装物位计接入PLC控制系统，来监测各料仓的料位情况。
四、结束语
总而言之，要完成转炉炼钢的自动化控制，其本质就是要能做到＂高产低耗＂，要想实现这一目标，就必须要全面实施与运用自动化技术。我们应该要充分利用转炉炼钢的自动化控制技术来提高生产效率，在降低生产成本的同时提高我们的钢铁产品质量，让钢水铁水尽量保持恒温，降低钢铁成分的波动，提高燃气回收使用率，为企业创造更多的盈利空间。随着科技的进步，自动化控制技术也得到了进一步的发展，在未来，转炉炼钢的自动化控制技术必定会更加成熟，可以利用光学等技术来对炉内环境进行实时测量与监控等。这些新兴的科技与人工智能在未来都将为钢铁生产带来新鲜动力，从而使得我国转炉炼钢的自动化水平上升到一个新的阶段。
【参考文献】
[1]廖常初编著.S7-300/400PLC 应用技术[M].机械工业出版社，2008 年出版.
[2]蒋慎言，陈大纲编著.《炼钢生产自动化技术》[M].冶金工业出版社，2006年出版