[b]1 引言 [/b] 萊鋼銀山前區1#80噸轉爐自動化控制系統包括轉爐本體、汽化冷卻、散狀料上料、鐵合金上料、循環水泵站、干法除塵、煤氣回收總共七個子系統。每套子系統用一套SIMATIC S7-400系列PLC進行控制，PLC與PLC、PLC與HMI之間采用工業以太網通訊，PLC與現場分布式I/O、變頻器之間采用PROFIBUS-DP總線進行通訊和控制。二級系統完成對轉爐系統的管理任務，及時下達煉鋼的計劃和命令。 2 系統組成 2． 1 轉爐控制概述 萊鋼銀山前區1#80噸轉爐生產線設計能力為80萬噸/年，其自動化控制水平的高低直接影響產品的質量。實現轉爐的智能自動控制，對降低能耗，提高產品合格率，減輕工人的勞動強度具有重要作用。 煉鋼生產線主要控制散狀料、鐵合金的稱量和添加，轉爐爐體的傾動、氧槍的升降、煉鋼介質的應用，循環水的循環、冷卻、凈化，及煉鋼煙氣的吸收、冷卻、除塵、加壓儲存。 散狀料從地下受料倉到高位料倉稱散狀料上料系統；從高位料倉到匯總斗進入轉爐，稱散狀料加料系統。每座轉爐散狀料加料系統共有10個高位料倉，每個貯料倉下配有一個振動給料機，該系統還有三個稱量斗，兩個匯總斗（帶稱量）。散狀料重量由稱量斗稱量，散狀料需要量可由計算機根據煉鋼原料條件給出或人工設定。 當轉爐氧槍下降、吹氧開始時，散狀料加入第一批料信號，并進行第二坯料的稱量；當吹氧量達到預設定氧量的（30-40%）時，作為第二批散狀料的加入信號。按自動按鈕，自動成批地加入各種散狀原料。 鐵合金上料共設高位料倉20個、稱量斗6個。鐵合金料經過烘烤后，根據設定值進行稱量，鐵合金料稱量后根據生產情況加入轉爐。 轉爐本體主要通過爐體的傾動實現轉爐的兌鐵水、加廢鋼、出鋼、出渣，氧槍升降、氧槍橫移實現轉爐吹氧煉鋼、吹氮濺渣護爐，根據轉爐傾動角度實現轉爐傾動快速、慢速、正反轉。實現轉爐傾動的轉矩自平衡功能、煉鋼介質安全參數故障時的氧槍自動飛槍功能。 余熱鍋爐汽化冷卻系統主要控制蓄熱器補水閥、低壓強制循環泵、中壓強制循環泵、除氧水箱緊急放水閥、加藥泵、溶液攪拌器等設備。實現轉爐煉鋼水介質的循環、冷卻、凈化功能。 循環水實現整個轉爐區域、連鑄區域的循環水供應。 干法除塵控制主要根據轉爐冶煉情況，調節風機的轉速，調節轉爐煙塵的吸入量，調節水閥控制蒸發冷卻器的溫度，控制靜電除塵器靜電除塵，控制粗灰輸送系統、細灰輸送系統，煤氣冷卻器冷卻回收后的煤氣；通過控制煤氣加壓機連鎖運行，控制加壓機前后調節閥，實現煤氣的加壓儲存，滿足煤氣吸收和供氣的生產要求。 2．2 系統組成： 系統硬件配置采用SIEMENS公司的WinCC/S7-400控制系統。該控制系統是建立在S7-400控制器、Pentium Ⅳ工控機平臺之上的開放式系統；S7-400是模塊化大型PLC系統，采用標準的以太網通訊。DELL工控機采用主頻為2.5GHz的pentiumⅣCPU，512MB SDRAM 內存，80GB UltraSCSI 接口硬盤。 S7-400控制器和工控機采用以太網通訊，通訊速率為100Mbps，使用多模光纖連接。 轉爐本體、汽化冷卻、散狀料上料、鐵合金上料、循環水泵站、干法除塵、煤氣回收七個站（每個站包括電源模塊、1個CPU、1個CP443通訊接口模塊和數量不等的模擬量輸入、模擬量輸出、開關量輸入、開關量輸出模塊）采用工業以太環網通訊,客戶機和冗余服務器結構,共有兩臺服務器,11臺客戶機,8臺變頻器，變頻器與控制器采用PROFIBUS-DP通訊。（如圖1） [b]3 自動控制系統控制方式和控制難點： [/b] 3.1 工程師站 基于SIMATIC STEP7編程軟件的工程師站，完成7個PLC站系統的硬件組態、地址和站址的分配以及用戶程序的設計開發和調試工作。程序設計采用模塊化、結構化編程，應用OB、FC、FB塊和相關數據塊DB組成整個控制系統，并且在軟件設計中采用了抗干擾措施。 3.2 操作員站 操作員站作為整個系統的人機界面，采用通用工業PC，配置SIMATIC WinCC畫面組態監控軟件，通過以太網實現對現場設備的過程監控。WinCC能實現過程數據動態顯示、參數設定、操作控制等功能，并具有過程信息歸檔、報警信息順序顯示、報表打印等功能，具有很強的實時行。 3.3 主要控制難點 1）爐體傾動 轉爐本體PLC站主要完成爐前的爐門動作和爐體的傾動操作，爐后傾爐和出鋼鋼包車、出渣渣車操作，煙罩的升降操作和冷卻水流量、壓力聯所控制，氧槍的升降操作和氧槍定位及冷卻水流量壓力聯鎖控制，氧槍橫移換槍操作，上料稱重和進料操作，并完成轉爐水冷煙罩、水冷爐壁、水冷氧槍等水冷系統48個測溫點溫度變化的實施數據采集以及冷卻水系統壓力、流量等實時數據采集監視和超限及事故報警。通過以太網實現PLC和操作站之間的實時數據傳送，由人機界面完成生產過程監控。 其中，四臺轉爐傾動電機的負荷平衡是該項目中技術難度最大的課題，要求必須做到高速響應、高控制精度、高安全可靠性能。設計采用的傳動控制裝置是西門子全交流MASTERDRIVE 6SE70系列變頻器產品，配合西門子公司的PLC、PROFIBUS-DP和SIMO-LINK通訊網絡構建起高性能的傳動系統，充分發揮出西門子產品多功能、高性能的特點，較好地解決了技術難題，同時，大大提高了轉爐傾動系統的響應速度。 轉爐傾動分2地操作，爐前主操作室和爐后操作室，2處操作只能有一處在主操作室設有指令轉換開關，轉爐傾動操作有快速、慢速、正反轉及其信號顯示和爐子傾角顯示。 轉爐傾動速度為0.12r/min～0.998r/min，轉爐為全正力矩操作，最大傾動力矩：240噸·米。 2）氧槍定位 氧槍系統為雙小車雙卷揚系統裝置，一套工作，一套備用。氧槍升降是采用交流電機驅動、變頻調速。氧槍升降速度為快速40m/min，慢速５m/min。斷電時，用氣動馬達提槍。CRT可顯示氧槍實際槍位，可通過計算機鍵盤控制槍位。氧槍槍位控制分自動和手動兩種方式，自動方式為PLC，自動按設定槍位自動進行，手動方式，在自動方式出故障時，使用設在操作臺上的指令轉換開關進行操作。 氧槍接到下槍指令后由等待位（+16.00m）快速下槍，下至開氧點（+14.20m）氧氣快速切斷閥自動打開供氧。下降至變速點（+12.20m）變為低速，直至下降至吹煉點止.30～10.00m）。氧槍接到提槍指令后，快速提槍，提至關閉氧點（+12.20m）氧氣切斷閥自動關閉，停止供氧，快速提升到變速點（+15.30m）、慢速提升至等待位（+16.00m）停止提升。 氧槍接到更換上升指令由等待位（+16.00m）快速提槍至變速點（+21.00m），變慢速至換槍位（+24.9m），氧槍自動更換后，按下槍指令由換槍位慢速下降至變速點（+21.00m）、快速下降至變速點（+16.50m）慢速下降至等待位（+16.00m），停止下槍。 氧槍單支卷揚鋼絲繩張力≥6噸時，自動聯鎖停槍。 飛槍后，氧槍升降和爐體傾動均被鎖定，需轉為檢修狀態或手動定位，才可動槍，爐傾需解除聯鎖方可動爐。待飛槍條件消失后，可點擊飛槍解鎖按鈕恢復聯動操作。 4 主要技術和功能 4．1 多客戶機技術 多客戶機結構允許一個客戶機訪問多個服務器的數據；也允許多個客戶機同時訪問若干個服務器。操作可同時完成，項目數據、過程變量、存檔數據、報警和消息均從多客戶機的服務器獲得。這樣數據可以分布在若干服務器上，多客戶機都通過一個公共操作進行訪問，從而提高系統的可用性。 4．2 冗余服務器技術 冗余度選件能使二個冗余的WinCC服務器同時運行，以保證連續的過程和操作員控制。如果兩個站中的一個發生故障，另一個就接替報表傳送和過程值的歸檔。當故障站恢復運行后，在該站不工作時所采集的全部過程值檔案和報文都復制到現在恢復運行的站上。從而再一次可同時運行二個相同的WinCC 站。用這種概念來配置冗余管理下的所有過程值檔案和報文，從而保證了數據完整性。在客戶機/ 服務器方式，客戶機自動地從故障的服務器切換到冗余的配合站。在短暫的切換周期后，所有運行的站又繼續工作。為了簡化配置，可使用項目復制器，它將所有配置數據復制到配合站，并相應地加以匹配。 4．3 PROFIBUS現場總線技術 控制器與變頻器的通訊采用PROFIBUS-DP,PROFIBUS 現場總線是世界上應用最廣泛的現場總線技術，主要包括最高波特率可達12M 的高速總線PROFIBUS - DP（H2）和用于過程控制的本安型低速總線PROFIBUS - PA（H1）。DP 和PA 的完美結合使得PROFIBUS 現場總線在結構和性能上優越于其他現場總線。用一對雙絞線替代了傳統的大量的傳輸電纜，大量節省了電纜的費用，減少了故障率。 4．4 以太環網通訊技術 S7-400控制器和DELL工控機采用以太環網，通訊速率為100Mbps，使用多模光纖連接。所有的控制器都連接到以太環網上，環網在現場的走向形成一個環，由于某種原因環網上某個點斷開，控制器可通過另個方向實現通訊，不會影響系統的正常運行。 [b]5 結束語 [/b] 系統投運至今運行穩定可靠，高性能、高可靠性、體積小、價格低、具有強大的運算功能、易于實現復雜控制功能等優點的計算機控制系統的實現，有效提高了產品的質量、產量，節約了大量的電能和水資源，減少了環境污染，提高設備使用壽命，降低工人勞動強度，改善了操作環境。 參 考 文 獻 1 李樂亭，王洪才．鋼鐵企業過程檢測和控制自動化設計手冊．北京：冶金工業出版社出版，2000． 2 王常力，廖道文．集散型控制系統的設計與應用[M] ．北京：清華大學出版社出版，1993． 編輯：何世平