炼钢转炉PLC系统自动控制研究

张晨光

摘 要：目前，转炉炼钢所采用的自动控制系统，满足了氧气转炉的冶炼生产，生产与信息管理、新技术的开发需要，创建的巨大的经济效益，具有广阔的推广价值。本文通过对自动化控制系统作简单介绍，并对其工艺和带来的效果进行分析，为炼钢厂转炉系统自动化控制的了解提供参考。

关键词：转炉PLC 自动控制 监控系统

随着PLC技术的发展， PLC系统在工业企业中的应用越来越广泛。钢铁企业已普遍采用PLC 來实现电气和自动化控制。转炉炼钢工艺较复杂， 检测参数多， 设备动作频繁。工艺参数检测的准确与否， 自动控制水平的高低， 直接关系到钢水质量与产量的高低。因此， 必须有一套检测准确、及时， 自动控制水平较高的控制系统， 才能稳定生产， 满足企业生存与发展的需求。在转炉炼钢生产过程中，自动化已成为提高产量、保证钢水质量、降低消耗、改善操作和延长炉龄的重要手段，并取得了显著的经济效益。

1、工艺概述

转炉系统主要完成将铁水和废钢冶炼成钢水， 同时将冶炼过程中产生的煤气和水蒸汽进行回收再利用。转炉生产主要工艺设备包括转炉本体、转炉倾动、氧枪升降、氧枪横移系统、活动烟罩、汽化冷却、一次除尘和煤气回收系统； 辅助设备包括散状料上料和散状料投料及钢包车、钢渣车等； 还有相关的吹氧、吹氮、氮封、吹氩、水冷、气动系统和电气自动化及仪表系统等。

2、转炉PLC系统设计

从工艺过程对控制的要求和需求分析得知，转炉炼钢生产要有准确的速度控制和位置控制，控制系统要求稳定可靠，故障率低。据此，本工程比较了几个厂家的产品，最后选用德国西门子公司的矢量控制变频器（SIMOVERT MASTER DRIVES）作为传动装置，实现速度控制；选用德国西门子公司SIMATIC S7系列可编程控制器（PLC）完成定位控制、顺序控制和逻辑控制。

2.1 PLC 系统组成转炉

PLC控制系统如图1所示，整个系统由工控机、S7-400 PLC站、S7-300 PLC站及变频控制柜等组成。各系统之间通讯通过工业以太网和Profibus网实现。炼钢主控制室设两个PLC站，一个站负责转炉倾动、氧枪系统及散状料系统的配套设备的控制、数据采集和联锁控制；另一个站负责烟气净化系统及汽化冷却系统的配套设备的控制、数据采集和联锁控制。主控制室中设置两台上位机，实现对相应系统的实时监控。风机房控制室设一个PLC站，负责二次除尘系统及煤气回收的控制，控制室中设置一台上位机，实现实时监控。炼钢主控制室中的两个PLC站都选用S7―400，风机房控制室中的PLC站选用S7―300。氧枪传动控制配置了两套西门子的矢量控制变频器，一用一备 转炉倾动的传动控制配置了四套西门子的矢量控制变频器，三用一备。为避免变频器高次谐波对网络产生干扰，工程设计中采用屏蔽电缆。

2.2 PLC系统控制内容

转炉PLC系统设计按三电一体化综合考虑。PLC系统控制内容主要包括：转炉倾动位置检测、控制和联锁；氧枪系统检测、控制和联锁；供氧、供氮系统有关参数的检测及联锁；各种传动设备的控制及联锁；冶炼用原材料系统的检测、控制和联锁；冶炼过程中所需的各种数据检测、记录；汽化冷却系统的检测、控制和联锁：转炉烟气净化和煤气回收系统的检测、控制和联锁等等。

倾动部分：转炉倾动分三地操作，炉前主操作室和炉后机旁操作室及主操作室，设有指令转换开关，转炉倾动操作有快速、慢速、正反转及其信号显示和炉子倾角显示。

氧枪部分：氧枪系统为单小车双卷扬系统装置，一套工作，一套备用。氧枪升降是用交流电机驱动。断电时，用气动马达提枪。操作站可显示氧枪实际枪位，可通过计算机键盘式按钮控制枪位，冶炼过程中的待吹点、氧气开闭点、氧枪变速点，吹炼点均可人工设定，并可随时修正。

仪控部分：完成对各生产流程工艺参数的检测、调节、报警、控制功能。

2.3 监控系统

监控系统采用西门子WinCC软件。工业监控组态软件WinCC （Windows Control Center）是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理（SCADA）系统，它是结合西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能的产物。生产过程的监控任务由操作站来完成，它是操作人员完成生产过程监控管理任务平台。操作站可实现生产过程的数据显示、流程图画面、报警画面、趋势曲线显示、历史数据存储、报表打印及整个过程管理的控制，通过人机对话，可修改设定值，也可直接操作控制设备的运行。根据系统要求，转炉系统主要组态画面包括：炼钢主画面、氧枪倾动合闸画面、仪表系统画面、配料系统画面、历史曲线画面、系统状态画面 报警一览画面、烟气净化画面、汽化冷却画面和供料系统画面。

通过各组态画面操作人员可方便地掌握各生产环节的运行状况。以炼钢主画面为例，主画面上主要包括内容：主令联锁信号、氧枪供电、倾动操作位置、炉体位置、氧枪操作、倾动电机、倾动操作等。通过炼钢主画面可以观察到转炉系统的整体运行情况。

结语

通过对SIMENS公司的400 PLC在炼钢自动化的应用开发，尤其是实时检测生产工艺和电控系统两大参数群，判断处理决策控制，结合开关量逻辑控制功能和运行程序的在线热备技术，丰富的报警显示及提醒功能，使得炼钢自动化系统具备故障自检、智能控制和一定的故障应对能力。经实践运行，不仅实现转炉设备的零故障运行， 而且设备的使用寿命大幅提高， 经济效益十分显著。

参考文献

[1]毛锁过，常静.西门子PLC在磨煤机控制系统中的应用[J].陕西电力. 2009（06）.

[2]张君艳.西门子PLC在电气动系统中的应用[J].机电设备.2007（10）.

[3]吴国中.单片机与西门子PLC S7-200的串行通信及应用[J].可编程控制器与工厂自动化. 2007（06）.

[4]高乃文，邹爽，王影.西门子PLC在高温氧化铝焙烧过程中的应用[J].可编程控制器与工厂自动化. 2008（02）.