基于DCS的爐體傾動及氧槍位置控制系統(tǒng)設(shè)計

馬瑩瑩

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林132021）

基于DCS的爐體傾動及氧槍位置控制系統(tǒng)設(shè)計

馬瑩瑩

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林132021）

首先介紹了系統(tǒng)的集中控制監(jiān)控級和分散過程控制系統(tǒng)的組成，分為5個控制子系統(tǒng)，之后，針對爐體傾動及氧槍位置控制系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)方法進行了研究。

DCS控制系統(tǒng)；爐體傾動；氧槍位置

1 集中控制監(jiān)控級

上層集中操作監(jiān)控級是面向現(xiàn)場操作人員的。這一級配備有技術(shù)手段先進、功能強大的計算機系統(tǒng)及各類外部設(shè)備，通常采用了西門子MP377-15觸摸屏作為監(jiān)控制界面，對AOD爐設(shè)備進行實時監(jiān)控，通過PROFIBUS-DP與MPI總線組成的實時通訊網(wǎng)絡(luò)與下層基于PLC的各子系統(tǒng)進行信息交換。

集中操作監(jiān)控級的主要功能是：①關(guān)于運行狀態(tài)、產(chǎn)量以及工藝的一些數(shù)據(jù)可以隨時獲得；②把采集來的數(shù)據(jù)按照企業(yè)中生產(chǎn)管理的需求來分析處理，把這份關(guān)于生產(chǎn)管理的統(tǒng)計分析圖提交給管理者；③一些工業(yè)參數(shù)也是由監(jiān)控系統(tǒng)傳送給設(shè)備的，使AOD爐能夠按設(shè)定的要求運行；④進行組態(tài)、監(jiān)視和操作，對生產(chǎn)過程實行高級控制策略、故障診斷、質(zhì)量評估等。

2 分散過程控制級

下層分散過程控制級采用西門子S7-300系列PLC完成各子系統(tǒng)的控制功能直接與生產(chǎn)過程現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行器相連，完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)控制、順序控制等功能。構(gòu)成這一級的主要裝置有可編程控制器、氧/氬氣流量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、稱重傳感器等二次儀表以及氧槍升降控制器、閥門控制器、振動給料控制器、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)等執(zhí)行器。

整個過程控制系統(tǒng)分為5個控制子系統(tǒng)，分別為底槍控氣系統(tǒng)、頂槍控氣系統(tǒng)、爐體傾動及氧槍位置控制系統(tǒng)、加料控制系統(tǒng)、除塵監(jiān)測系統(tǒng)。3套西門子設(shè)備S7-300供中央控制器使用?？刂葡到y(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC，對生產(chǎn)線上各臺設(shè)備進行自動控制。SIMATIC S7-300系列是西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器中中小型的，中等性能的要求都可以滿足并得到應(yīng)用。S7-300屬于模塊化PLC，各種模塊之間既是相互獨立的，也可以用于擴展任意組合。它主要由機架、CPU模塊、SM模塊、FM模塊、接口模塊、通信模塊組成，各種模塊通過總線連接器安裝在機架上。其中每一個CPU上都可以使用一個MPI（多點接口）通信協(xié)議的RS-485接口進行編程或與上位計算機進行通訊。一臺西門子S7-300可編程邏輯控制器可由中央控制器與底槍供氣流量控制系統(tǒng)共同使用，一臺西門子S7-300PLC可供爐體傾動控制系統(tǒng)與頂槍升降控制系統(tǒng)、頂槍供氣流量控制系統(tǒng)共同使用，加料控制系統(tǒng)單獨使用1臺S7-300PLC。中央控制器和操作臺以Profinet總線與5個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接，5個子系統(tǒng)以Profibus現(xiàn)場總線與傾動變頻器、升降變頻器、拉繩傳感器、光電編碼器、氧氣閥體控制儀表、氬氣閥體控制儀表、八路閃光報警器、爐渣分析儀和氣體積算儀數(shù)據(jù)連接，拉繩傳感器的型號為HPS-M1-30-420，光電編碼器的型號為GAS60 R13E10 SGB，升降變頻器為西門子MM440變頻器，操作臺上采用智能二次儀表用于顯示和控制。

3 爐體傾動及氧槍位置控制系統(tǒng)設(shè)計

爐體傾動控制系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)生產(chǎn)過程中爐體與氧槍相應(yīng)的機械動作，包括爐體前傾與后傾、氧槍上升與下降、氧槍左旋與右旋等。其中AOD爐傾動裝置是AOD爐煉冶鐵合金中的主要機械設(shè)備，所帶負荷的工作特點為：正反轉(zhuǎn)、低速、重載、頻繁啟制動、強烈沖擊。傾動及相關(guān)控制系統(tǒng)需要控制的三個主要參數(shù)是位置、速度及扭轉(zhuǎn)力矩。針對控制要求本系統(tǒng)建立了位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三閉環(huán)的控制系統(tǒng)，即最外環(huán)是位置環(huán)，最內(nèi)環(huán)是電流環(huán)。

具體實現(xiàn)方案通過S7-300PLC外加西門子MICROMASTER 440變頻器組成串級控制器來實現(xiàn)。西門子S7-300PLC是西門子公司的中端產(chǎn)品，其運算能力以及安全穩(wěn)定性在市場上久經(jīng)考驗；交流電機變頻調(diào)速技術(shù)已成為當前調(diào)速與節(jié)能的主流產(chǎn)品。二者的有機結(jié)合，可以較好地實現(xiàn)AOD爐各種動作的控制要求。

傾動及相關(guān)控制系統(tǒng)的手動方式運行包括以下方面：氧槍升降，在頂槍控制操作臺上，氧槍升降受一個萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，當旋轉(zhuǎn)到左側(cè)表示氧槍下降（下降頻率為25Hz），中間表示氧槍停止，右側(cè)表示氧槍上升（上升頻率為40Hz）；轉(zhuǎn)爐傾動，在頂槍控制操作臺上，轉(zhuǎn)爐傾動受一個萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，當旋轉(zhuǎn)到左側(cè)表示轉(zhuǎn)爐前傾（前傾頻率為50Hz），中間表示轉(zhuǎn)爐停止，右側(cè)表示轉(zhuǎn)爐后傾（后傾頻率為50Hz）；煙罩旋轉(zhuǎn)，在頂槍控制操作臺上，煙罩旋轉(zhuǎn)受一個萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，當旋轉(zhuǎn)到左側(cè)表示煙罩左旋（左旋頻率為50Hz），中間表示煙罩停止，右側(cè)表示煙罩右旋（右旋頻率為50Hz）。

傾動及相關(guān)控制系統(tǒng)的手動方式運行包括：傾動控制系統(tǒng)。在頂槍畫面中輸入轉(zhuǎn)爐傾動角度并按下【啟動】按鈕，此時系統(tǒng)出現(xiàn)【確定】、【退出】對話框，按下【確定】按鈕系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定角度自動控制轉(zhuǎn)爐傾動。該系統(tǒng)設(shè)定范圍（-180°， +180°），前傾為正，后傾為負，同手動運行方式，該系統(tǒng)可根據(jù)運行角度自動判斷前后傾動并在到達設(shè)定位置后自動停止；升降控制系統(tǒng)。在頂槍畫面中輸入氧槍升降高度并按下【啟動】按鈕，此時系統(tǒng)出現(xiàn)【確定】、【退出】對話框，按下【確定】按鈕系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定高度自動控制氧槍升降高度。高度設(shè)定范圍［0，3.0］m，【頂槍上限位】指示燈亮為0m，系統(tǒng)同手動運行方式。

4 結(jié)語

氬氧精煉鐵合金氧槍控制系統(tǒng)采用集散控制技術(shù)，分別介紹了集中控制級和分散控制級控制功能，構(gòu)建了氬氧精煉鐵合金生產(chǎn)過程DCS節(jié)能控制系統(tǒng)，研制了爐體傾動及氧槍位置控制系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)方法。

［1］牛玉廣，馬駿馳，夏明，等.DCS基本控制單元可靠性建模與定量計算［J］.電子測量與儀器學(xué)報，2011，（6）.

［2］艾麗嬌.氬氧精煉鐵合金過程的DCS控制［A］.全國冶金自動化信息網(wǎng)2010年會論文集［C］，2010.

Design of Position Control System for Furnace
Tilt and Oxygen Lance Based on

MA Ying-ying
（Jilin Electronic Information Vocational and Technical College，Jilin，Jilin 132021，China）

The paper firstly introduces the composition of centralized control and decentralized process control system，which is divided into five control subsystems.Then，it studies the hardware and software realization method of the tilting and oxygen lance position control system.

DCS control system；furnace body tilting；oxygen gun position

TF748.2

A

2095-980X（2017）03-0078-02

2017-02-16

吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級項目。

馬瑩瑩（1982-），女，碩士，主要研究方向：電氣自動化。