新型程序控制喂線機(jī)的研制

譚 楓

(黑龍江省冶金研究所，哈爾濱150040)

在現(xiàn)代煉鋼技術(shù)中，爐外精煉應(yīng)用非常廣泛，喂線技術(shù)是爐外精煉技術(shù)中的重要手段之一，具有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，可以對(duì)鋼水進(jìn)行微合金化處理，對(duì)精煉鋼水提質(zhì)降耗作用顯著。“十一·五”期間，我國(guó)的主要鋼鐵企業(yè)己基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)備換代、工藝升級(jí)、質(zhì)量提檔的技術(shù)跨越，大型鋼企已經(jīng)完成由粗放型發(fā)展模式向質(zhì)量和品種要效益的成功轉(zhuǎn)型，這對(duì)喂線技術(shù)提出了更高的要求。提高喂線技術(shù)的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化水平，快速、精確完成對(duì)鋼包中鋼液的喂線處理，實(shí)現(xiàn)喂線控制與煉鋼流程無(wú)縫化對(duì)接，達(dá)到預(yù)期的冶煉控制目標(biāo)。

1 程序控制喂線機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)

喂線處理作為精煉的最后一道工序?qū)笮蜻B鑄及鋼水質(zhì)量控制至關(guān)重要，保證喂線設(shè)備正常運(yùn)行是精煉—連鑄生產(chǎn)順行的關(guān)鍵。近年來(lái)，隨著煉鋼技術(shù)發(fā)展和煉鋼設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，尤其是鋼包的大型化和處理過(guò)程的自動(dòng)化，早期的喂線設(shè)備自動(dòng)化程度不高，不能與中央計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制，難以滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程和管理上的要求，喂線處理的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化成為喂線技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。基于這一理念對(duì)程序控制喂線機(jī)提出了如下技術(shù)要求:(1)提高氣動(dòng)系統(tǒng)的密封性，完成動(dòng)作迅速快捷。(2)采用PLC控制，與上位機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，及時(shí)、準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)信息。(3)人機(jī)界面采用觸摸屏，操作直觀方便。(4)調(diào)速采用變頻調(diào)速方式，使喂線速度10～600m/min無(wú)極可調(diào)。有了上述的技術(shù)保障，喂線操作更加便捷，喂線可靠性和穩(wěn)定性都得到了提高。

2 程序控制喂線機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì)要求

調(diào)整咬入輪直徑，增加咬入角，增強(qiáng)咬入力，設(shè)置六氣缸壓下采用氣動(dòng)系統(tǒng)控制喂線輪升降。采用電動(dòng)方式完成機(jī)體前后移動(dòng)及整體360度的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。用傳感器檢測(cè)鋼包喂線工位，首先使喂線機(jī)達(dá)到喂線工位，導(dǎo)線裝置到達(dá)合適位置，通過(guò)延時(shí)夾緊芯線和延時(shí)控制起動(dòng)喂線系統(tǒng)，起動(dòng)調(diào)速裝置，自動(dòng)調(diào)整喂入量、喂線速度設(shè)置，進(jìn)入喂線狀態(tài)。喂線結(jié)束后，芯線自動(dòng)退后一定長(zhǎng)度，導(dǎo)管裝置升起，喂線機(jī)退到合適位置。為了滿足不同現(xiàn)場(chǎng)需求，導(dǎo)管升降裝置也可采用電動(dòng)方式，喂線管在0～70度水平旋轉(zhuǎn)和在0～30度升降，使導(dǎo)管在任一角度喂線，以上整個(gè)過(guò)程采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，喂線機(jī)整體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 程序控制喂線機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖

3 喂線機(jī)PLC控制系統(tǒng)

程序控制喂線機(jī)采用PLC進(jìn)行控制。由于PLC把計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)集于一身，又具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性好等特點(diǎn)。因此選用PLC作為程序控制喂線機(jī)的控制器可靠性高，編程方便，比傳統(tǒng)的繼電器模式功能強(qiáng)大。喂線機(jī)采用了緊湊型CPU 314C－2DP，自帶PROFIBUS－DP和MPI網(wǎng)絡(luò)端口，即滿足了生產(chǎn)需求，又為以后的功能擴(kuò)展留有余量。使用軟件STEP 7來(lái)編制，設(shè)置了14個(gè)定時(shí)器來(lái)控制各步的延時(shí)時(shí)間，PLC與變頻器之間通過(guò)PROFIBUS－DP進(jìn)行連接，按照結(jié)構(gòu)化的編程方式，分別編制了手動(dòng)功能塊、動(dòng)作可定制自動(dòng)功能塊以及報(bào)警功能塊。主程序的流程圖如圖2。

4 程序控制喂線機(jī)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

圖2 PLC控制系統(tǒng)主程序框圖

傳統(tǒng)喂線機(jī)控制是用按鈕、開(kāi)關(guān)和指示燈等做人機(jī)界面裝置，它們提供的信息量少，而且操作困難，需要熟練的操作人員來(lái)操作。如果用七段數(shù)字顯示數(shù)字，用撥碼開(kāi)關(guān)輸入?yún)?shù)，占用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)多，硬件成本高，有時(shí)還需要自制印刷電路板。而程序控制喂線機(jī)是人機(jī)界面進(jìn)行具體操作，采用西門子TP－277A觸摸屏方式實(shí)現(xiàn)。西門子觸摸屏TP－277具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)可靠性高，正面防護(hù)等級(jí)為IP65。(2)通用性強(qiáng)，大多數(shù)HMI設(shè)備基于Windows CE操作系統(tǒng)。(3)接口豐富，可以連接各主要生產(chǎn)廠家的PLC。

觸摸屏采用WinCC flexible進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，WinCC flexible具有開(kāi)放簡(jiǎn)易的擴(kuò)展功能，帶有Visual Basie腳本功能，集成了AcitiveX控件，可以將人機(jī)界面集成到TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。PLC和觸摸屏采用MPI(MultiPoint Interface)通訊方式。MPI網(wǎng)絡(luò)的通信速率為19.2kbit/s～12Mbit/s，通常默認(rèn)設(shè)置為187.5kbit/s。

5 程序控制喂線機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

程序控制喂線機(jī)采用西門子PLC 300，可以與上位機(jī)進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)、MPI、PROFIBUS等方式的通訊，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與程序控制喂線機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作以及喂線數(shù)據(jù)的上傳與下傳(系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)如圖3)?？刂葡到y(tǒng)采用控制與操作分離的方式，PLC和變頻器等控制器件放在控制柜內(nèi)，安放在控制室，保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。操作箱放在現(xiàn)場(chǎng)喂絲機(jī)旁，保證了操作的及時(shí)性。

圖3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

程序控制喂線機(jī)的成功研制開(kāi)發(fā)，將喂線處理與整體冶金工藝流程有機(jī)地融為一體，喂線處理效果更好，效率更高。程序控制喂線機(jī)在多家鋼廠進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用，每爐喂入芯線長(zhǎng)度近千米，喂入速度設(shè)定在400m/min左右，在操作室內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程喂線處理操作，程序控制喂線機(jī)操作方便簡(jiǎn)單，實(shí)際操作動(dòng)作準(zhǔn)確無(wú)誤。程序控制喂線機(jī)的應(yīng)用，大大地優(yōu)化了爐外精煉工藝，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增加了經(jīng)濟(jì)效益，使煉鋼精煉技術(shù)又上了一個(gè)新臺(tái)階。