電渣爐冷卻水系統(tǒng)增設(shè)的冷卻水流量單回路調(diào)節(jié)控制方案

張宏偉

（山西百一機(jī)械設(shè)備制造有限公司，山西 太原 030003）

電渣爐主要采用的是電渣重熔技術(shù)。電渣重熔是利用電流通過熔渣時(shí)產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進(jìn)行熔煉的方法。電渣鋼錠的質(zhì)量取決于合理的電渣重熔工藝和保證電渣工藝的設(shè)備條件。電渣爐冷卻水系統(tǒng)是整個(gè)重熔工藝過程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它直接影響著結(jié)晶器的溫度控制。本著節(jié)能降耗的原則冷卻水系統(tǒng)采用的是冷卻循環(huán)水。以往的工況控制單一：僅采用檢測冷卻水出口壓力一項(xiàng)，通過人機(jī)界面反映給操作員，現(xiàn)場手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。由于采用的是冷卻循環(huán)水，當(dāng)水質(zhì)摻雜其他雜質(zhì)時(shí)，會(huì)引起調(diào)節(jié)閥流量低，甚至堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)晶器及水冷電纜溫度瞬間增大，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生重大事故。為解決這一問題，特增設(shè)了冷卻水流量單回路調(diào)節(jié)控制方案。

1 現(xiàn)場硬件系統(tǒng)的改造

圖1是以往的工況條件。

圖1 以往的工況條件

由圖1可見，未進(jìn)行冷卻水的流量信號(hào)采集以及閥門選型簡單，設(shè)計(jì)不足，容易出現(xiàn)以上描述的危險(xiǎn)狀況。為此增加了差壓流量計(jì)的安設(shè)，對閥門選型也作了改進(jìn)，由以前的手輪閥門改為帶定位器及手輪控制的調(diào)節(jié)閥。

1.1 變送器的選型

變送器的類型很多，譬如美國羅斯蒙特公司的3051C系列智能變送器，日本橫河儀表公司的Dphharp EJA系列，美國霍尼韋爾公司的ST3000/900系列全智能變送器以及德國西門子Sitrans P系列智能變送器等等。從實(shí)際情況考慮，選用了美國羅斯蒙特公司的3051C系列的差壓流量計(jì)，這系列的變送器使用壽命長、維護(hù)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

1.2 調(diào)節(jié)閥的選型

調(diào)節(jié)閥種類也很多，閘閥、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、球閥等等，根據(jù)實(shí)際公司選擇使用了氣動(dòng)式蝶閥，它的好處是閥阻力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長，特別適用于大口徑、大流量和帶有懸浮漂流的場合。調(diào)節(jié)閥同樣選用的是美國羅斯蒙特公司的氣關(guān)式蝶型調(diào)節(jié)閥，便于使用和售后服務(wù)。調(diào)節(jié)閥是帶有閥門定位器附件的調(diào)節(jié)閥，同時(shí)帶有手輪（以便出現(xiàn)閥門卡塞時(shí)緊急手動(dòng)開動(dòng)閥門使用）。閥門定位器主要是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為工業(yè)風(fēng)控制大小，從而控制閥門的打開或者關(guān)閉程度，較人工手動(dòng)開關(guān)閥門既方便，又易于調(diào)節(jié)具體大小，精度較高。

閥門定位器的作用圖見圖2。

圖2 氣動(dòng)閥門定位器作用圖

根據(jù)實(shí)際工況的需要，通過對閥門定位器的控制可以方便、簡單地控制閥門的開度，從而完成工藝控制要求。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成與功能

系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了現(xiàn)場的強(qiáng)磁干擾，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及液晶顯示屏作為上位機(jī)監(jiān)控站，PLC作為下位機(jī)，構(gòu)成一個(gè)二級監(jiān)控系統(tǒng)。上位機(jī)系統(tǒng)采用西門子公司W(wǎng)incc V6.0組態(tài)軟件開發(fā)，PLC系統(tǒng)采用西門子公司Step7 V5.3+SP2軟件開發(fā)。以PLC為核心的基礎(chǔ)檢測與控制級承擔(dān) I/O點(diǎn)的過程邏輯控制、物理量采集以及故障診斷。上位管理監(jiān)控機(jī)通過與PLC點(diǎn)對點(diǎn)通信設(shè)定控制策略,獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),監(jiān)視整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),以及重熔過程中各個(gè)量的變化趨勢、故障報(bào)警、生產(chǎn)與消耗報(bào)表等,幫助操作者及時(shí)和全面地完成各種操作。

新的方案主要是利用對現(xiàn)場流量信號(hào)采集傳輸給PLC，操作員在人機(jī)界面可以清楚地看到流量的數(shù)據(jù)變化從而進(jìn)行操作改變，對現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥的閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，給出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作來改變冷卻循環(huán)水的流量變化。監(jiān)控畫面見圖3?？刂葡到y(tǒng)組成見圖4。

圖3 監(jiān)控畫面

圖4 控制系統(tǒng)組成

PLC系統(tǒng)增設(shè)的控制信號(hào)如下：

（1）位于PLC柜模擬量輸入模塊（AI）實(shí)現(xiàn)如下信號(hào)采集：流量信號(hào)：經(jīng)由變送器→配電器→PLC的A/D模塊（4～20 mA）。變送器安裝于調(diào)節(jié)閥處，配電器安裝于PLC柜。變送器電源由配電器加載于4～20 mA信號(hào)線提供。

（2）位于PLC開出模塊（DO）實(shí)現(xiàn)如下控制：PLC的D/A模塊（4～20 mA）→配電器→閥門定位器。

3 故障的檢測與排查處理

當(dāng)流量信號(hào)發(fā)生報(bào)警時(shí)，可判斷是否為實(shí)際卡塞現(xiàn)象，進(jìn)而對管路進(jìn)行疏通。若為儀表問題，可使用購買時(shí)配帶的通訊器對儀表進(jìn)行組態(tài)檢測，方便快捷。

閥門出現(xiàn)故障可分為兩種：一種是閥芯的卡塞現(xiàn)象，另外一種是閥門定位器的故障。若為閥體的問題，那需解決卡塞疏通；若為閥門定位器的問題，同樣可使用通訊器對閥門定位器的組態(tài)進(jìn)行編輯查看，重新校正，解決故障問題。

4 結(jié)束語

運(yùn)行結(jié)果表明，本方案可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定、易于操作和維修，能達(dá)到預(yù)期的各項(xiàng)工藝操作控制要求，特別是在控制冷卻水循環(huán)系統(tǒng)方面效果明顯，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全控制生產(chǎn)水平。

[1]吳國熙.《調(diào)節(jié)閥使用與維修》.化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[2]朱炳興.《變送器選用與維護(hù)》.化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[3]張運(yùn)剛，宋小春，郭武強(qiáng).《西門子S7-300/400PLC技術(shù)與應(yīng)用》.人民郵電出版社，2007.