PLC技術(shù)在轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

王昊++呂罕軼

摘 要：概述了轉(zhuǎn)爐煉鋼的自動化控制系統(tǒng)及其具體應(yīng)用，有效運用PLC技術(shù)實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制，降低了生產(chǎn)成本，減輕了操作者的工作強度，豐富了生產(chǎn)品種，提高了鋼鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量，有效應(yīng)對了國內(nèi)外鋼鐵形勢的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝；自動化系統(tǒng)；鐵水

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.068

PLC技術(shù)的有效運用改變了原有的控制系統(tǒng)只能收集開關(guān)量信號和單一設(shè)備本體的邏輯控制功能，大大提高了系統(tǒng)的運行速度和數(shù)據(jù)處理能力。轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化系統(tǒng)通過采集工藝參數(shù)和系統(tǒng)運行參數(shù)，并經(jīng)過PLC的計算和判斷，可在系統(tǒng)異常的情況下發(fā)出報警信號，也可以實現(xiàn)控制決策的功能。此外，通過編程，結(jié)合開關(guān)量邏輯控制功能，可控制信息傳動，經(jīng)過完善和優(yōu)化改造后，設(shè)備將具備過程控制和智能自動化控制功能。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝概述

轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要原料為鐵水、廢鋼、鐵合金，通過鐵液的物理熱和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量在轉(zhuǎn)爐中完成煉鋼，并將鐵水和廢鋼冶煉成鋼水。上述過程主要在轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中完成，其中，會對煉鋼產(chǎn)生的煤氣和水蒸汽進(jìn)行同收再利用。頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐是目前使用較為普遍的煉鋼設(shè)備，具有生產(chǎn)速度快、單爐產(chǎn)量高、成本低的特點。轉(zhuǎn)爐的主要工藝設(shè)備包括轉(zhuǎn)爐本體、氧槍升降、汽化冷卻、煤氣同收系統(tǒng)等，輔助工藝設(shè)備包括鋼包車、鋼渣車、吹氧、氮封、氣動系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)等。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)需要完成對轉(zhuǎn)爐本體、散裝料、煙氣凈化和汽化冷卻的控制。因此，采用了4臺本體PLC主站工作，本體主站之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。轉(zhuǎn)爐本體PLC主站的配置設(shè)備包括主機架、CPU、通信模塊、電源系統(tǒng)等。

2.1 轉(zhuǎn)爐本體PLC主站

轉(zhuǎn)爐本體PLC主站由人機界面進(jìn)行全程生產(chǎn)監(jiān)控，PLC與操作站之間的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)實時傳送。其主要任務(wù)是在爐前進(jìn)行爐門動作，對爐體進(jìn)行傾動操作，對爐后進(jìn)行傾爐操作、對鋼包車、出渣車、煙罩的升降、氧槍定位進(jìn)行控制操作，對上料和進(jìn)料進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集，對突發(fā)情況發(fā)出報警信號。

2.2 主機架

主機架是PLC系統(tǒng)的核心組成部分，主要包括CPU、通訊模塊等部分，具有數(shù)據(jù)處理和通訊等功能。在選定CPU的型號時，需要考慮轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的PLC點數(shù)、CPU的運算速度、系統(tǒng)的實用性以及系統(tǒng)能否滿足生產(chǎn)工藝和技術(shù)要求等。

2.3 電源系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化系統(tǒng)中的電源系統(tǒng)供電對象包括主機、輸入和輸出量模塊、打印機等。不間斷電源（UPS）具有安全、可靠的供電特性，電壓波動范圍為15%.不間斷電源（UPS）可對各用電系統(tǒng)內(nèi)部電池充電，從而保證各用電部門系統(tǒng)的正常運行。當(dāng)出現(xiàn)斷電情況時，為了確保存儲于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不丟失，UPS可在短時間內(nèi)為計算機供電，從而保證存儲系統(tǒng)每隔5 ms進(jìn)行一次數(shù)據(jù)刷新?；謴?fù)送電后，系統(tǒng)直接進(jìn)入正常運行狀態(tài)，數(shù)據(jù)仍能保持?jǐn)嚯娗暗脑O(shè)置。

3 PLC在轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 開關(guān)量的邏輯聯(lián)鎖控制功能

只有轉(zhuǎn)臺進(jìn)入冶煉位置，且轉(zhuǎn)爐爐口垂直向上時，才可對氧槍進(jìn)行下降操作，才能保證氧槍、轉(zhuǎn)爐、轉(zhuǎn)臺等設(shè)備的安全運行。為了方便檢修和更換氧槍，需要為轉(zhuǎn)爐零位、轉(zhuǎn)臺旋入增設(shè)專用的解鎖開關(guān)。如果氧槍降得過低，則會碰傷爐體，所以，需要設(shè)置下限開關(guān)。氧槍的提升有正常冶煉操作的行程上限和超高限位限制。為了方便氧槍的檢修操作，需要配置手動解鎖開關(guān)。在正常冶煉的情況下，氧槍在升降的過程中，交流接觸器轉(zhuǎn)換動作會非常頻繁。考慮到PLC與中間繼電器、交流接觸器等外部執(zhí)行器件的動作延時，在PLC的運行程序中設(shè)置了氧槍的升降控制互鎖。氧槍升降操作臺的手動自動復(fù)位轉(zhuǎn)換開關(guān)存在零位停頓不足的現(xiàn)象。為了避免因升降接觸器同時吸合而造成的電氣短路，對系統(tǒng)進(jìn)行了2 s延時設(shè)置，接收到接觸器之間的返回復(fù)位信號后，才會進(jìn)行升降動作轉(zhuǎn)換。此外，在兩接觸器之間還設(shè)置了一級電氣互鎖的機械互鎖保護(hù)，有效地從機、電兩方面確保了氧槍升降過程的安全。

3.2 轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的控制和生產(chǎn)管理

在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的過程中，稱重傳感器需要對石灰、合金、礦球等固體物料進(jìn)行檢測采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入PLC模塊，并通過CPU模塊計算各類固體物料的加入量，從而進(jìn)行綜合性的生產(chǎn)管理。當(dāng)轉(zhuǎn)臺旋入冶煉位，轉(zhuǎn)爐進(jìn)入零位狀態(tài)，氧槍進(jìn)入煙罩時，系統(tǒng)會發(fā)出信號，進(jìn)行出鋼操作復(fù)位。每爐的啟動信號會按鋼用料種類獨自累計。在上位機組態(tài)軟件中，可調(diào)取PLC在出鋼時的相關(guān)存儲數(shù)據(jù)，并賦予相應(yīng)的名稱，比如班爐長、合金工等工號。應(yīng)用PLC技術(shù)可實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)庫管理功能，整合相關(guān)工況參數(shù)，集合鋼液產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息，自動生成產(chǎn)品編號和標(biāo)注產(chǎn)品信息，還可實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的精準(zhǔn)化生產(chǎn)和高效智能化管理。

4 結(jié)束語

轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝復(fù)雜、檢測參數(shù)偏多、設(shè)備操作頻繁，而檢測參數(shù)的準(zhǔn)確性和自動化控制水平與鋼鐵產(chǎn)量是息息相關(guān)的。在當(dāng)前的國際形勢和鋼材產(chǎn)業(yè)的背景下，自動化控制技術(shù)已經(jīng)在鋼材生產(chǎn)領(lǐng)域占有重要的位置。隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC系統(tǒng)在我國工業(yè)企業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。本套轉(zhuǎn)爐煉鋼PLC自動化控制系統(tǒng)有較強的數(shù)據(jù)采集處理能力，檢測系統(tǒng)安全、可靠，大大提高了生產(chǎn)效率，增加了鋼鐵產(chǎn)量，降低了工程投資成本，在企業(yè)的實際運用中滿足了其生產(chǎn)需求，是一款性價比超高的轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]王嵐瀟，李明，劉宇飛.PLC在轉(zhuǎn)爐電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及改進(jìn)[J].化工文摘，2011（03）.

[2]劉永躍.基于PLC控制技術(shù)的轉(zhuǎn)爐煉鋼[J].中國科技博覽，2014（07）.

〔編輯：張思楠〕