計(jì)算機(jī)控制在LF電極控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陸娟

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司原燃料采購中心，安徽馬鞍山243000）

計(jì)算機(jī)控制在LF電極控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陸娟

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司原燃料采購中心，安徽馬鞍山243000）

馬鋼第四鋼軋總廠LF電極調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，較以前的PI調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢。介紹了馬鋼第四鋼軋總廠LF電極調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的概況、備份與恢復(fù)以及在日常故障處理中的應(yīng)用。

精煉;電極;優(yōu)勢

1 LF控制系統(tǒng)概述

LF主要是通過石墨電極與鋼水拉弧放電使鋼水升溫，電極控制系統(tǒng)就是要確保在這種條件下石墨電極能夠和鋼水拉弧正常，電極控制取決于很多因素，其中供電系統(tǒng)對(duì)電極控制影響很大，圖1為LF電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)供電單線圖。

圖1中110 V電源來自煉鋼變電所。經(jīng)煉鋼變電所內(nèi)75 MVA變壓器，電壓變?yōu)?5 kV。在35 kV的開關(guān)站內(nèi)，采用真空斷路器進(jìn)行分?jǐn)?，并采用靜態(tài)補(bǔ)償和濾波裝置。35 kV輸入到45 MVA變壓器一次側(cè)，45 MVA變壓器二次側(cè)裝有調(diào)壓開關(guān)，共13檔，稱為13級(jí)有載調(diào)壓，因此經(jīng)過45 MVA變壓器后二次側(cè)電壓為350 V到500 V，分為13檔。該電壓通過二次短網(wǎng)、水冷電纜、導(dǎo)電橫臂輸入到石墨電極。其中當(dāng)45 MVA變壓器二次側(cè)電壓為462 V至500 V時(shí)45 MVA變壓器采用恒功率輸出，其它電壓時(shí)45 MVA變壓器采用恒電流輸出。在生產(chǎn)時(shí)操作人員根據(jù)工藝來選擇所需要的二次側(cè)電壓即檔位，選擇好后該信號(hào)被輸入到LF電極控制系統(tǒng)即ARCOS控制系統(tǒng)中。ARCOS控制系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的基于計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)調(diào)節(jié)電極升降的系統(tǒng)。LF電氣控制系統(tǒng)除ARCOS控制系統(tǒng)，還有2套 S7-400PLC，3套S7-300PLC控制系統(tǒng)。其中1套S7-400PLC用于LF爐本體控制,1套S7-400PLC用于LF合金系統(tǒng)控制,2套S7-300PLC用于2個(gè)喂線機(jī)設(shè)備控制，另1套S7-300PLC用于噴粉系統(tǒng)控制。ARCOS控制系統(tǒng)是LF控制系統(tǒng)的核心。這6套控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)相互連接，數(shù)據(jù)可自由交換。

2 ArCOS控制系統(tǒng)概況

從圖2可以看到，控制系統(tǒng)的中央設(shè)備是一臺(tái)帶顯示器和鍵盤的工業(yè)計(jì)算機(jī)。顯示器和鍵盤主要是設(shè)定參數(shù)值和顯示系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。羅茨線圈檢測45 MVA變壓器二次側(cè)的電流值，并通過模擬量輸入板輸入到計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)通過ProfiBus DP接口輸出信號(hào)到控制電極升降的液壓比例閥。

ArCOS控制系統(tǒng)是三相電弧控制系統(tǒng),電極控制受很多因素的影響,這些因素在電極控制系統(tǒng)要一并參與計(jì)算,包括進(jìn)線電源短路功率,三相主回路電阻,變壓器本身電阻,水冷電纜電阻,變壓器功率因素以及電源電壓等。在實(shí)際生產(chǎn)中，還有很多因素必須要考慮，如三相電流值是否平衡、過電流限制、過電壓補(bǔ)償、電極升降加速限制、鋼包爐的內(nèi)襯是冷的還是被充分加熱、鋼包底部攪拌是否停止、鋼包中鋼水液面鋼渣的厚度等等。因此電極控制系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)。ARCOS控制系統(tǒng)已經(jīng)將這些因素都考慮在內(nèi)并且加入到控制系統(tǒng)的運(yùn)算之中。

圖1 LF電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)供電單線圖

3 控制系統(tǒng)備份與恢復(fù)

因?yàn)锳rCOS控制系統(tǒng)的基于計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，它的備份和恢復(fù)都是非常簡單和快捷的。系統(tǒng)備份是用來保存控制系統(tǒng)所有文件的參數(shù)，備份好的文件放在安全的地方。在控制系統(tǒng)中一些文件破環(huán)或者系統(tǒng)不能正常工作時(shí)，我們可以利用備件的文件快速恢復(fù)系統(tǒng)，使其正常工作。備份時(shí)通過計(jì)算機(jī)目錄文件菜單中“創(chuàng)建備份”來啟動(dòng)。備份包括安裝目錄的所有文件?；謴?fù)備份時(shí)通過選擇安裝在根目錄的備份文件來恢復(fù)。

4 ArCOS控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

ArCOS控制系統(tǒng)是最新一代的智能電極控制系統(tǒng)，采用獨(dú)立的控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)電極升降，通過信號(hào)變換電路及輸入模塊采集系統(tǒng)各相電弧電流、變壓器電壓等級(jí)以及其它相關(guān)的給定信號(hào)，先將弧流進(jìn)行運(yùn)算處理，并將運(yùn)算結(jié)果與給定值進(jìn)行比較，將輸出信號(hào)送至液壓系統(tǒng)電極升降比例閥，實(shí)現(xiàn)電極位置自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而控制輸入到爐內(nèi)的功率，按照弧形圖曲線運(yùn)行，滿足冶煉工藝要求。ARCOS電極控制系統(tǒng)擁有完整的HMI視圖，關(guān)鍵參數(shù)均在視圖中時(shí)時(shí)顯示，操作人員根據(jù)參數(shù)的變化可以選擇不同的檔位來滿足生產(chǎn)。報(bào)警信息顯示在視圖中，以便操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，HMI視圖也能給設(shè)備人員判斷故障提供信息，極大地節(jié)省了人力與時(shí)間。

圖2 ArCOS控制系統(tǒng)硬件簡圖

5 生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用

在LF生產(chǎn)過程中，操作工發(fā)現(xiàn)連接二次短網(wǎng)和水冷電纜連接母排處有打火現(xiàn)象，很快就有黑煙冒出，判定是有物體燒著了，于是操作人員立即停止生產(chǎn)并到現(xiàn)場，在用滅火器將燃燒物撲滅后，發(fā)現(xiàn)是由于水冷電纜的外皮和一些雜物被火花點(diǎn)燃引起。操作人員處理完現(xiàn)場后再次啟動(dòng)時(shí)，變壓器卻送不上電，判斷系統(tǒng)中有接地或短路現(xiàn)象，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此類故障多是因?yàn)樗潆娎|老化造成，便隨即安排對(duì)B相兩根水冷電纜進(jìn)行了更換（因?yàn)榇藭r(shí)B相水冷電纜有扭曲想象）。經(jīng)過10小時(shí)的努力，B相兩根水冷電纜被更換下來，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)其連接母排有一些發(fā)黑，這說明此處曾有過打火。但更換完B相水冷電纜后依然送不上電，于是請母排廠家專業(yè)人員到現(xiàn)場對(duì)母排的平整度等進(jìn)行檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)問題。經(jīng)相關(guān)人員現(xiàn)場討論后決定，如果還不能正常送電將整體更換母排的固定裝置，由于更換母排的固定裝置估計(jì)需要24 h，且從來沒有更換過，更換后的安裝精度也沒有人有信心完成。就在大家一籌莫展之時(shí)，電氣點(diǎn)檢員在多次查找后，從ARCOS電腦畫面發(fā)現(xiàn)每次變壓器送電時(shí)只有C相電壓上不來，A相和B相在送電時(shí)電壓可以瞬間到達(dá)300多伏（即正常值），而C相最多只能到40多伏，而后三項(xiàng)電壓迅速回零。這就可以肯定A相和B相是正常的，問題出在C相，于是取消了整體更換母排固定裝置的想法，集中精力再逐段排查C相，最終發(fā)現(xiàn)C相母排和變壓器墻上的液壓管之間搭接了被燒焦的水冷電纜外皮，由于水冷電纜的外皮中有鋼絲，造成了C相接地。于是，維修人員取出燒焦的水冷電纜外皮，并對(duì)母排和液壓管之間做了絕緣處理。最終送電正常，故障得以解決。由此可見，ArCOS控制系統(tǒng)的HMI畫面信息讓我們縮小了排查故障范圍，又為解決故障指明了方向，從未節(jié)省了大量的時(shí)間、人力，并使生產(chǎn)得到盡快恢復(fù)。今后，在電氣人員的不斷努力下，可以更為熟練的掌握和應(yīng)用ArCOS控制系統(tǒng)，為生產(chǎn)順行提供保障。

傳統(tǒng)的LF電極控制系統(tǒng)采用PI線性控制器模式，采用電流或電壓閉環(huán)控制方式，電流測量方式為間接測量方式（根據(jù)變壓器一次側(cè)電流計(jì)算），這種控制方式只能是單一的控制方式，無法系統(tǒng)的集合其它因素，所以導(dǎo)致電極電流控制十分不穩(wěn)定，使鋼水加熱速率無法保障，同時(shí)電流波動(dòng)會(huì)造成電極抖動(dòng)并產(chǎn)生橫向擺動(dòng)力，對(duì)電極連接處螺紋造成損害，易造成電極脫落和斷裂。電極脫落和斷裂對(duì)鋼包爐生產(chǎn)危害性極大，不但完全打亂了鋼水的連續(xù)作業(yè)程序，而且處理極為困難。脫落的電極碎片容易飛濺，給人身安全也帶來很大隱患。ArCOS控制系統(tǒng)使用羅茨線圈直接檢測每相電極的電流值，羅茨線圈安裝維護(hù)方便且測量值準(zhǔn)確可靠。

6 結(jié)束語

馬鋼第四鋼軋總廠LF由Siemens VAI公司技術(shù)總負(fù)責(zé)，該項(xiàng)目于2007年3月12日熱負(fù)荷試車成功,系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)自投運(yùn)以來,整個(gè)ArCOS控制系統(tǒng)沒有出現(xiàn)任何故障停機(jī)事件,系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定,運(yùn)行狀態(tài)良好,基本上實(shí)現(xiàn)了免維護(hù),是一套成熟的電弧爐調(diào)節(jié)系統(tǒng).

收修改稿日期：2014-09-03

App lication of Com puter Control in LF Electrode Control System

Lu Juan
(TheRawMaterialsandFuelsPurchaseCenterofMaanshanIronandSteelCo.,Ltd.,Maanshan,Anhui243000,China)

The computer-based LF electrode regulating control system of Masteel’s No. 4 steelmaking and rolling works has greater advantages over conventional control systems with PI regulators.The general situation,backup and restoration and application in daily fault treatment of the computer-based LF electrode regulating control system are introduced.

steel refining;electrode;advantage

TP27

B

1006-6764（2014）12-0072-04

陸娟(1982-），女，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，工程師，曾從事多年電氣自動(dòng)化設(shè)備維護(hù)管理工作。