安鋼100噸轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)優(yōu)化與完善

杜奇超　晁亞?wèn)|　郭瑞敏　張衛(wèi)娟

[摘 要] 文章介紹安鋼100噸轉(zhuǎn)爐電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，詳細(xì)闡述電氣控制系統(tǒng)的配置與功能，對(duì)于電控系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出切實(shí)可行的方法措施，進(jìn)行優(yōu)化完善。

[關(guān)鍵詞] 轉(zhuǎn)爐；電控系統(tǒng)；優(yōu)化

[作者簡(jiǎn)介] 杜奇超，河南安陽(yáng)鋼鐵公司第一煉軋廠電氣科高級(jí)工程師，研究方向：冶金自動(dòng)化，河南 安陽(yáng)，455004；晁亞?wèn)|，河南安陽(yáng)鋼鐵公司銷售公司設(shè)備科助理工程師，研究方向：冶金自動(dòng)化，河南 安陽(yáng)，455004；郭瑞敏，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司第一煉軋廠電氣科助理工程師，研究方向：冶金設(shè)備及流體控制，河南 安陽(yáng)，455004；張衛(wèi)娟，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司第二煉鋼廠機(jī)修車間工程師，研究方向：冶金設(shè)備及流體控制，河南 安陽(yáng)，455004

[中圖分類號(hào)] TF71 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1007-7723（2013）03-0026-0002

安鋼100t轉(zhuǎn)爐2004年3月投產(chǎn)，工藝流程為：65t鐵水罐―900t混鐵爐―100t轉(zhuǎn)爐―100t精煉爐，主要裝備為：100t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、100t精煉爐、合金上料、除塵等。電控系統(tǒng)配備了先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)煉鋼生產(chǎn)進(jìn)行過(guò)程檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)現(xiàn)代化。

一、系統(tǒng)組成

轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制采用以PLC+PC為基礎(chǔ)的三電一體化分散型控制系統(tǒng)，完成對(duì)煉鋼設(shè)備的自動(dòng)控制和連鎖功能，設(shè)有人機(jī)界面（MMI）集中顯示煉鋼主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和煉鋼過(guò)程所需的溫度、重量、成分等工藝參數(shù)。電氣控制設(shè)備主要包括：復(fù)吹、氧槍傾動(dòng)、汽化系統(tǒng)、上料、投料和二次除塵等基礎(chǔ)自動(dòng)化PLC單元，分別有各自的DP網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程站為各現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)控制箱、傳動(dòng)裝置變頻器等，現(xiàn)場(chǎng)總線為PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，由CPU模板自帶的 Dp接口、CP443-5模板、遠(yuǎn)程I/O模板構(gòu)成。

二、電控系統(tǒng)功能

（一）轉(zhuǎn)爐爐體傾動(dòng)系統(tǒng)

爐體傾動(dòng)是由變頻器驅(qū)動(dòng)的四臺(tái)75kW籠型電機(jī)完成。通過(guò)兩級(jí)減速機(jī)構(gòu)使?fàn)t體可以實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)非負(fù)荷端裝有測(cè)速編碼器，所檢測(cè)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋給變頻器，構(gòu)成速度閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)速度精準(zhǔn)控制。為保證四臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和速度的同步，四臺(tái)變頻器組成SIMOLINK主-從結(jié)構(gòu)的環(huán)網(wǎng)，其中由一號(hào)或二號(hào)為主控制單元。正常情況下四臺(tái)電機(jī)全部投用，在故障時(shí)允許使用三臺(tái)電機(jī)進(jìn)行工作完成一個(gè)爐次的冶煉。四臺(tái)電機(jī)的負(fù)荷端配備有機(jī)械抱閘，其打開(kāi)和關(guān)閉由電力液壓推器完成，推動(dòng)器由變頻器自動(dòng)控制。轉(zhuǎn)爐耳軸端裝有角度編碼器，能實(shí)時(shí)給出爐體傾動(dòng)的角度，其值可通過(guò)零度機(jī)械限位進(jìn)行校正，該編碼器為圖爾克的終端設(shè)備，作為遠(yuǎn)程站掛在傾動(dòng)PLC的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)上。

（二）氧槍傳動(dòng)系統(tǒng)

氧槍升降控制由一臺(tái)75kW電機(jī)完成，該電動(dòng)機(jī)由一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)非負(fù)荷端裝有測(cè)速編碼器，所檢測(cè)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋給變頻器，構(gòu)成速度閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)速度精準(zhǔn)控制。氧槍升降電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷端和卷筒側(cè)配備有機(jī)械制動(dòng)器，其打開(kāi)和關(guān)閉由電力液壓推動(dòng)器完成，推動(dòng)器由變頻器實(shí)現(xiàn)控制。在氧槍控制中高度檢測(cè)與控制是核心，由三套裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)氧槍位置的準(zhǔn)確可靠檢測(cè)，它們分別是：安裝在氧槍升降卷筒軸上的編碼器和凸輪開(kāi)關(guān)以及安裝在氧槍升降軌道上的機(jī)械限位。凸輪開(kāi)關(guān)使用不便，每次換繩都需調(diào)整，而調(diào)整比較繁雜，通常情況下使用編碼器控制，它不僅使用方便、工作可靠，同時(shí)能給出連續(xù)變化的氧槍位置值。氧槍編碼器采用圖爾克的終端設(shè)備，作為遠(yuǎn)程站掛在傾動(dòng)PLC的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)上，可用機(jī)械限位對(duì)編碼器測(cè)量值進(jìn)行校正。與氧槍相關(guān)的電氣連鎖為：爐體傾動(dòng)與氧槍高度的連鎖，氧槍在爐內(nèi)絕對(duì)是禁止搖爐的；同樣爐體是否垂直也限制氧槍能否下降；氧槍下降至開(kāi)氧點(diǎn)，冶煉用氧氣閥門自動(dòng)打開(kāi)；在濺渣模式時(shí)氧槍到達(dá)開(kāi)氮點(diǎn)，氮?dú)忾y門自動(dòng)打開(kāi)，在冶煉過(guò)程中出現(xiàn)異常情況，控制系統(tǒng)具有緊急提槍功能，保證人身及設(shè)備安全。

（三）頂?shù)讖?fù)吹系統(tǒng)

該系統(tǒng)配有大量I/O模板，檢測(cè)流體的溫度、流量、壓力等，當(dāng)接收到傾動(dòng)PLC給出的相關(guān)生產(chǎn)指令后，打開(kāi)相應(yīng)閥門。頂吹即對(duì)氧槍的氧氣氮?dú)忾y門、冷卻水水閥門的控制。底吹是對(duì)爐底裝的六個(gè)支管上的閥門進(jìn)行控制，吹出氬氣或氮?dú)獗ＷC冶煉時(shí)能夠充分對(duì)鋼液進(jìn)行攪拌。

（四）汽化、除塵系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)能產(chǎn)生大量煙氣，由汽化除塵系統(tǒng)對(duì)煙氣進(jìn)行處理，主要設(shè)備有一文、二文、汽包、除氧器等。電氣設(shè)備主要是供水泵和循環(huán)泵，通過(guò)兩臺(tái)西門子變頻器、四臺(tái)軟啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行控制，其他裝在管路上的眾多閥門，采用接觸器繼電器通過(guò)PLC進(jìn)行自動(dòng)控制。終端的除塵部分為2000kW電機(jī)傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)和布袋除塵器。二次除塵系統(tǒng)主要對(duì)上料、投料、爐口等處的灰塵氣體進(jìn)行處理，配備有2500kW電機(jī)傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)和布袋除塵器設(shè)備。

三、系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)

轉(zhuǎn)爐自控系統(tǒng)技術(shù)雖然先進(jìn)，但因設(shè)計(jì)上不盡合理，系統(tǒng)運(yùn)行不夠平穩(wěn)，設(shè)備事故時(shí)有發(fā)生，經(jīng)過(guò)艱苦的技術(shù)攻關(guān)，對(duì)轉(zhuǎn)爐電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行大量的優(yōu)化改進(jìn)，取得顯著成效。

（一）上料系統(tǒng)

二次除塵在輔原料鐵合金系統(tǒng)裝有16個(gè)除塵閥門，現(xiàn)場(chǎng)閥門處于常開(kāi)狀態(tài)，風(fēng)機(jī)負(fù)載較大，電能消耗居高不下。對(duì)除塵程序修改完善，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，當(dāng)上料車到某個(gè)料倉(cāng)口且皮帶正在運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)倉(cāng)口的除塵閥門自動(dòng)打開(kāi)，其他閥門全部關(guān)閉。這樣既提高了風(fēng)道壓力，顯著改善除塵效果，同時(shí)降低風(fēng)機(jī)電機(jī)的電能消耗經(jīng)濟(jì)效益可觀。

（二）氧槍提升事故改造

氧槍提升抱閘原設(shè)計(jì)只有一個(gè)，使用中易出現(xiàn)因抱閘磨損或調(diào)整不到位等而發(fā)生溜槍事故。為此增加一套液壓抱閘，提高氧槍運(yùn)行的安全可靠性。同時(shí)增加事故提升裝置，當(dāng)氧槍電機(jī)、變頻器或速度編碼器出現(xiàn)故障導(dǎo)致氧槍不能提升或溜槍時(shí)，生產(chǎn)操作人員可通過(guò)開(kāi)啟由UPS電源驅(qū)動(dòng)的事故電機(jī)來(lái)提升氧槍，保證順利更換氧槍，同時(shí)切斷氧槍變頻器電源，避免惡性事故的發(fā)生。

（三）底吹改造

底吹系統(tǒng)是煉鋼不可缺少的設(shè)備，主要由氮?dú)夂蜌鍤鈨蓚€(gè)切斷閥及6個(gè)支管調(diào)節(jié)閥及自動(dòng)設(shè)定單元組成。原設(shè)計(jì)氮?dú)夂蜌鍤鈨蓚€(gè)切斷閥根據(jù)煉鋼時(shí)間段不同，進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)關(guān)操作。隨著鋼種的增多，單一模式不能滿足要求，同時(shí)支管的堵塞也影響底吹效果。改造后A模式吹煉5分鐘后由吹氮?dú)馇袚Q為吹氬氣，BC模式分別對(duì)應(yīng)8分鐘和10分鐘切換，D模式為冶煉期間全程吹氬。在兌鐵、倒渣、出鋼搖爐期間均使用低流量吹氮，保護(hù)管路。在冶煉的期間，流量依照吹煉時(shí)間不同按不同模式進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（四）構(gòu)建監(jiān)控工程師站

轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化系統(tǒng)由6個(gè)PLC分系統(tǒng)組成，編程人員各有分工，但系統(tǒng)中PLC之間由以太網(wǎng)的通訊連接，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊在組態(tài)軟件中相互獨(dú)立，沒(méi)有集成在一個(gè)項(xiàng)目中，很容易導(dǎo)致通訊信息丟失，而通訊的相關(guān)節(jié)點(diǎn)都是十分關(guān)鍵的信息，如汽化與氧槍傾動(dòng)的連鎖。因此，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化完善：在監(jiān)控站上安裝相關(guān)軟件，將幾個(gè)PLC程序整合為一個(gè)集成的項(xiàng)目，建成集中監(jiān)控站，可以在項(xiàng)目中隨時(shí)監(jiān)控每個(gè)PLC的程序狀態(tài)，還能監(jiān)控各個(gè)通訊連接的情況，極大地提高對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的掌控能力。

四、結(jié) 語(yǔ)

100噸轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)優(yōu)化完善后，生產(chǎn)效率得以提高，操作和維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，產(chǎn)品質(zhì)量顯著改進(jìn)，熱停時(shí)間明顯減少，為年產(chǎn)鋼150萬(wàn)噸提供了可靠的設(shè)備技術(shù)支撐。