PLC在大型LF爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

晏勇輝

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司第一設(shè)備檢修廠，江西 新余 338000）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

PLC在大型LF爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

晏勇輝

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司第一設(shè)備檢修廠，江西 新余 338000）

對(duì)某煉鋼廠LF爐控制系統(tǒng)的組成及硬件配置、變壓器銘牌參數(shù)及電極工作速度設(shè)定、工作原理及工作方式進(jìn)行了介紹，其中貫穿了PLC在大型LF爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用闡述。

PLC 大型LF爐 LF爐控制系統(tǒng)

1 LF爐控制系統(tǒng)的組成以及硬件的配置

1.1 系統(tǒng)的組成

LF爐控制系統(tǒng)由自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)電極完成調(diào)節(jié)鋼水溫度；電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)由Danieli公司提供，為獨(dú)立西門子PLC控制，系統(tǒng)通過(guò)PROFIBUSDP/DPCOUPLER與LF爐本體PLC連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，獲取調(diào)節(jié)過(guò)程中PLC本體的控制信號(hào)，同時(shí)向本體PLC傳送電極加熱過(guò)程中的相關(guān)信號(hào)。系統(tǒng)組成如圖1所示［1］。

圖1 控制系統(tǒng)組成

1.2 硬件的配置

硬件的配置有：模擬量的輸出模件7ES8579-2HF00-0AB0；模擬量的輸入模件7ES9652-7KF30-0AB0；以太網(wǎng)的通訊模件7GK8526-1EX11-0XE0；CPU 6ES7416-3XR05-0AB0；電源的模件6ES7407-0KA01-0AA0。

在EWS的Hireg系統(tǒng)中，利用這些硬性配置可以完成工廠參數(shù)設(shè)置、電極升降參數(shù)設(shè)置及備用調(diào)節(jié)閥的選擇等。

2 LF爐變壓器銘牌參數(shù)

煉鋼廠大型的LF爐變壓器一次側(cè)電流為597 A，一次側(cè)電壓為30 kV，二次側(cè)電流為41.62 kA，二次側(cè)電壓為430 V；電流變壓器的位置在一次側(cè)，一共可以分為17個(gè)檔，而且LF爐工作點(diǎn)的計(jì)算數(shù)值基本上可以通過(guò)下頁(yè)表1當(dāng)中的數(shù)據(jù)查到［2］。

3 電極工作速度的設(shè)定過(guò)程

作為電極的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)而言，必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的電流、電壓進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，而且還必須結(jié)合設(shè)備型號(hào)對(duì)電極電流以及電壓的測(cè)定范圍進(jìn)一步規(guī)定，從而確定電極的工作速度［2］。

3.1 電極電流的實(shí)際測(cè)量結(jié)果

二次側(cè)電流為41.62 kA，一次側(cè)電流為597 A；電極電流為50 kA，電極（傳感器）電流為8 A；電極CT二次側(cè)電流為5 A，電極CT一次側(cè)電流為800 A。

3.2 電極電壓的測(cè)量結(jié)果

二次側(cè)電壓為430 V，一次側(cè)電壓為30 kV；電極電壓為500 V，電極（傳感器）電壓為100 V；電極PT二次側(cè)電壓為100 V，電極PT一次側(cè)電壓為550 V。

3.3 實(shí)際所用時(shí)間的測(cè)量結(jié)果

測(cè)量電流所用時(shí)間為500 ms；測(cè)量電壓所用時(shí)間為50 ms。

3.4 電極工作速度的確定

1）電極速度參數(shù)：低位速度選擇-500 mV/s；剛起弧時(shí)下降速度為-3 000 mV/s；手動(dòng)快速下降速度為-4 000 mV/s，手動(dòng)慢速下降速度為-4 000 mV/s；手動(dòng)慢速上升速度為4 000 mV/s，手動(dòng)快速上升速度為8 000 mV/s；高位速度選擇500 mV/s。

2）升降速度限制：下降為-5 000 mV/s；上升為10 000 mV/s。

4 電極自動(dòng)調(diào)節(jié)的原理以及一些信號(hào)

4.1 電極自動(dòng)調(diào)節(jié)的原理

如下頁(yè)圖2所示，電極的位置變化改變電流和電壓的信號(hào)，由此產(chǎn)生阻抗誤差。電極的自動(dòng)調(diào)節(jié)是基于電弧阻抗的恒阻抗特性，經(jīng)過(guò)查閱資料可以得知，具體的調(diào)節(jié)公式為：

表1 變壓器銘牌參數(shù)數(shù)據(jù)表

式中：U為極限函數(shù)；I為輸入電壓電流，對(duì)某一工作檔位而言，工作電流設(shè)定點(diǎn)參數(shù)不能超過(guò)其額定電流；KU為工作點(diǎn)功能參數(shù)；KI為有關(guān)變壓器功能參數(shù)（一次側(cè)電流至二次側(cè)電流轉(zhuǎn)換系數(shù)）［3］。

圖2 電極自動(dòng)控制調(diào)節(jié)原理

4.2 現(xiàn)場(chǎng)的一系列信號(hào)

4.2.1 控制現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際信號(hào)

PLC經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的處理以后，輸出來(lái)的一些信號(hào)通過(guò)V/I轉(zhuǎn)換板控制調(diào)節(jié)閥輸出。過(guò)程監(jiān)視的變量有二次側(cè)電壓、調(diào)節(jié)閥信號(hào)、二次側(cè)電流、功率因素以及有效功率。

4.2.2 二次側(cè)電壓的三個(gè)信號(hào)

二次側(cè)電壓的三個(gè)信號(hào)均來(lái)自電壓變壓器盒VT。VT信號(hào)已被電壓傳感器過(guò)濾，信號(hào)為0～10 V，被接入模擬量輸入模件。

4.2.3 一次側(cè)電流的三個(gè)信號(hào)

一次側(cè)電流的三個(gè)信號(hào)均來(lái)自電流變壓器，接入系統(tǒng)的模擬量模件。一次側(cè)電流測(cè)量值也被接入DIRISA41中，通過(guò)ADAPTERCT連接，可以重新建立三相二次側(cè)電流。

4.3 接口輸入信號(hào)

4.3.1 變壓器檔位改變位置

變壓器檔位基本上可以從1檔變換到17檔。

4.3.2 電流位置輸入值

可以將電流曲線設(shè)定為六條，即從曲線六（100%額定二次側(cè)電流）到曲線一（75%額定二次側(cè)電流）。在畫面上選擇以上不同的曲線工作。

4.3.3 電極的高限位和低限位

如果輸入的信號(hào)為高電平，那么當(dāng)電極到達(dá)最小值或者是最大值的時(shí)候，上升或者下降的速度就很明顯被限制到了一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值。

4.3.4 電極的上升或者下降

實(shí)現(xiàn)電極的上升或下降，最好采取手動(dòng)的方式。假如輸入的信號(hào)為高電平，電極就可以以預(yù)先設(shè)定的速度上升或者下降。

4.3.5 手動(dòng)/自動(dòng)方式的一個(gè)信號(hào)

假如輸入信號(hào)是高電平，電極就會(huì)在自動(dòng)的方式下被控制。電極電壓和電流的信號(hào)可以決定調(diào)節(jié)閥的輸出值，當(dāng)電壓或者電流都是零的時(shí)候，電極不會(huì)發(fā)生變化，其輸出的信號(hào)值也是零；當(dāng)電壓不是零而電流是零的時(shí)候，電極就處于下降自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，而每根電極都會(huì)有一個(gè)預(yù)先在畫面設(shè)置的低速值輸出信號(hào)；假如電壓以及電流都不是零，電極處于自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制變量為電弧阻抗，此時(shí)調(diào)節(jié)基于控制變量的阻抗誤差，處理輸出信號(hào)。

4.4 接口輸出的信號(hào)

接口輸出的信號(hào)有電極的二次側(cè)電流信號(hào)、電極的二次側(cè)電壓信號(hào)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的故障信號(hào)。對(duì)于每一個(gè)電極來(lái)講，基本上都會(huì)有二次側(cè)電流、二次側(cè)電壓。調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出來(lái)的故障高信號(hào)可以很好地說(shuō)明電極的調(diào)節(jié)工作是正常的，例如當(dāng)輸出低信號(hào)時(shí)，對(duì)于主體PLC來(lái)說(shuō)，就能自動(dòng)地發(fā)出報(bào)警信號(hào)［3］。

5 電極調(diào)節(jié)的現(xiàn)場(chǎng)工作方式

當(dāng)斷路器分閘時(shí)，電極就會(huì)自動(dòng)提升到最高位置；當(dāng)斷路器合閘時(shí)，滿足了生產(chǎn)聯(lián)鎖的條件，隨即就能轉(zhuǎn)到自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。電極上升或下降的速度可以在顯示器上進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)電極速度到達(dá)了上限位或下限位某個(gè)值的時(shí)候，就保持一個(gè)定值不變。

6 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)盡可能減少生產(chǎn)工藝所需要的時(shí)間，因此在加熱的過(guò)程中須經(jīng)常測(cè)定溫度。測(cè)定時(shí)，當(dāng)電極上升帶保持15 s的恒定溫度時(shí)測(cè)定就會(huì)自動(dòng)停止。測(cè)溫結(jié)束后，繼續(xù)下調(diào)加熱速度，使整個(gè)使用系統(tǒng)保持穩(wěn)定可靠。

［1］ 董鳳斌，李磊，黃金鋒.PLC在大型電弧爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2012（7）：11-12.

［2］ 宋偉.S7-PLC在LF爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012（10）：202-203.

［3］ 閆麗華.淺談PLC在大型變壓器冷卻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.科技信息，2012（9）：56-57.

（編輯：胡玉香）

Exploration of PLC Application in Large-scale LF Furnace Control System

Yan Yonghui
（The First Equipment Repair Factory，Xinyu Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Xinyu Jiangxi 338000）

The composition and hardware configuration of the control system of LF furnace，transformer nameplate parameters and the electrode working speed setting，working principle and working mode are introduced for a steel mill，including the application of PLC control system in the large LF furnace.

PLC，large LF furnace，LF furnace control system

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.33

TP272

A

1672-1152（2015）06-0090-03

2015-11-10

晏勇輝（1964—），男，主要從事電氣自動(dòng)化設(shè)備檢修、維護(hù)等工作，助理工程師。