基于ControlLogix平臺的轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)

彭志聰，童 悅

（1.江西瑞林電氣自動化有限公司，江西 南昌 330038；2.中色大冶有色金屬公司冶煉廠轉(zhuǎn)爐車間，湖北 黃石 435005）

1 概述

隨著大冶有色公司的不斷發(fā)展壯大，原有的大冶1#、4#轉(zhuǎn)爐已完全不能滿足日益增長的產(chǎn)能需求，且原有控制系統(tǒng)比較老，技術(shù)支持力度及備品備件的采購也存一定的問題。在環(huán)保意識已經(jīng)深入人心和大力倡導(dǎo)節(jié)能降耗的社會浪潮下，大冶有色公司主動承擔(dān)社會責(zé)任，響應(yīng)國家清潔生產(chǎn)的號召，對1#、4#轉(zhuǎn)爐及其控制系統(tǒng)進行了升級改造。

轉(zhuǎn)爐是對硫化銅精礦造锍熔煉產(chǎn)出的冰銅進行吹煉操作的冶金設(shè)備。轉(zhuǎn)爐的吹煉過程就是通過送風(fēng)系統(tǒng)向爐內(nèi)鼓入的空氣,熔劑加料系統(tǒng)向爐內(nèi)加入的石英石熔劑和冰銅發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，將冰銅中的硫、鐵和其他雜質(zhì)氧化除去,得到粗銅。銅锍吹煉通常分為造渣期和造銅期兩個階段，造渣期是通過熔劑加料系統(tǒng)加入的熔劑與冰銅反應(yīng)，生成主要含Cu2S 的白锍并去除銅锍中的鐵和其它雜質(zhì)。在造渣末期，進行篩爐，即所謂凈渣操作，轉(zhuǎn)爐吹煉產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐渣全部返回沉降電爐，回收有價金屬；造銅期是通過繼續(xù)吹煉除去锍中的硫，生成含銅98%以上的粗銅并使貴金屬元素富集。為了使吹煉溫度控制在1150℃～1250℃，通常會通過渣包往爐內(nèi)添加一些冷料。

2 系統(tǒng)簡介

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝復(fù)雜，被控對象多，各種電氣、儀表參數(shù)關(guān)聯(lián)密切,聯(lián)鎖復(fù)雜，對其控制系統(tǒng)的快速性、安全性、可靠性提出了非常高的要求。為此，大冶1#、4#轉(zhuǎn)爐的自動控制系統(tǒng)我們選用了美國Rockwell公司的ControlLogix控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將參數(shù)檢測回路控制與邏輯控制、順序控制的功能有機地結(jié)合在一起，提供邏輯控制、順序控制、過程控制、傳動及運動控制的統(tǒng)一控制平臺，是面向工廠自動化的新一代開放式控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)的硬件選用了以1756-L61為控制器的ControlLogix硬件系統(tǒng)，軟件采用了FactoryTalk View監(jiān)控平臺以及RSLogix5000編程軟件等。增強型冗余系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 4#轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)配置圖

3 系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)

3.1 增強型冗余控制系統(tǒng)的配置

搭建一套冗余系統(tǒng)在硬件和軟件配置方面有很高的要求。在硬件配置方面，主從冗余機架在硬件上必須完全一致。例如：主機架是7槽，則從機架也必須是7槽，機架上插入的模塊型號必須相同且所插的槽位也必須一致。但是主從機架上不能有I/O模塊。

在軟件方面來講，主從機架上所插入的模塊固件版本號必須一致，而且機架上各模塊之間的版本號也必須相互匹配（可通過ControlFlash更改模塊的固件版本）。主從機架上的1756-CN2R模塊的物理節(jié)點號要設(shè)成網(wǎng)絡(luò)中的最高節(jié)點號，且兩個機架上的節(jié)點號必須一致（即兩個模塊的撥碼開關(guān)必須一致），而且主從機架上的1756-EN2T模塊的IP地址必須一致。

主從機架上的1756-RM冗余模塊通過冗余光纖進行連接，搭建好冗余系統(tǒng)后，先上電源的冗余機架為主機架，待主機架啟動完成后再上電源的機架為從機架，等到系統(tǒng)正常工作后，主從控制器通過冗余模塊進行運行程序和數(shù)據(jù)的同步。同時從站的IP地址以及ControlNet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號會在主站對應(yīng)地址的基礎(chǔ)上自動加一。

一旦主機架上的控制器模塊、1756-CN2R模塊、1756-EN2T模塊或機架供電出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)將無擾切換到從機架，從站的IP地址以及ControlNet網(wǎng)絡(luò)節(jié)點號與主站進行交換。保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，同時在監(jiān)控界面上作出相應(yīng)的故障指示，提醒維護人員及時進行相應(yīng)的處理。

3.2 主要控制功能

在實際生產(chǎn)中，1#、4#轉(zhuǎn)爐分別使用獨立的冗余控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)對以下子項的控制：①轉(zhuǎn)爐本體驅(qū)動；②送風(fēng)系統(tǒng)；③熔劑加料系統(tǒng)；④環(huán)境集煙系統(tǒng)；⑤鍋爐給水系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)爐的本體驅(qū)動分為交流電機驅(qū)動和直流事故電機驅(qū)動?？梢酝ㄟ^切換控制室操作臺、爐前操作箱或者機旁操作箱上對應(yīng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)位置來控制轉(zhuǎn)爐交流主電機的正轉(zhuǎn)（傾爐）、反轉(zhuǎn)（回爐）、停止操作。且按下任何一處的急停按鈕都可以使轉(zhuǎn)爐緊急停止。轉(zhuǎn)爐的傾爐、回爐操作與爐體的角度有重要的聯(lián)鎖關(guān)系，同時送風(fēng)閥、放空閥、鐘罩閥、密封小車、防火門、擋灰板也會參與相應(yīng)的聯(lián)鎖控制。爐體的角度是風(fēng)口與極坐標(biāo)軸的夾角，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)爐的爐位示意圖

3.2.1轉(zhuǎn)爐傾爐聯(lián)鎖控制

將控制室操作臺上的轉(zhuǎn)爐操作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇在作業(yè)模式，在爐體處于吹煉位置轉(zhuǎn)換搖爐開關(guān)進行傾爐動作時，密封小車自動提升，同時轉(zhuǎn)爐進行傾爐操作，當(dāng)爐體角度到達45°時，放空閥自動打開至全開位置后自動關(guān)閉送風(fēng)閥至全關(guān)位置（并在組態(tài)界面彈出送風(fēng)閥關(guān)閉窗口，提示操作人員不能進行回爐誤操作），鐘罩閥自動下降到最低位置。等待密封小車已提升到位，則轉(zhuǎn)爐可繼續(xù)做傾爐動作，直到到達60°安全確認(rèn)位置停止轉(zhuǎn)動，此時需要將搖爐開關(guān)進行回零位操作，才能繼續(xù)傾爐操作，再次轉(zhuǎn)換搖爐開關(guān)進行傾爐操作時，最大可到140°傾爐極限位的位置停止。

3.2.2 轉(zhuǎn)爐回爐聯(lián)鎖控制

將控制室操作臺上的轉(zhuǎn)爐操作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇在作業(yè)模式，在爐體處于安全位置轉(zhuǎn)換搖爐開關(guān)進行回爐動作時，回爐到預(yù)設(shè)的回爐準(zhǔn)許爐位時停止，送風(fēng)閥自動打開至全開位置后放空閥自動關(guān)閉直到全關(guān)位置，等待轉(zhuǎn)爐爐前送風(fēng)壓力和送風(fēng)流量滿足工藝設(shè)定值時，轉(zhuǎn)爐繼續(xù)進行回爐動作，在零位（即到達轉(zhuǎn)爐吹煉位置）自動停止。密封小車自動下降到最低位置，鐘罩閥自動提升到最高位置。若需繼續(xù)回爐，必須將搖爐開關(guān)進行回零位操作后方可進行回爐操作，最大回爐位置為-20°回爐極限位。

3.2.3 交流電機事故傾轉(zhuǎn)

控制室操作臺上的轉(zhuǎn)爐操作模式開關(guān)選擇為作業(yè)模式，當(dāng)爐體角度小于40°時，以下條件只要有一項滿足時，交流電機驅(qū)動轉(zhuǎn)爐自動傾轉(zhuǎn)到55°的時候停止。同時其他聯(lián)鎖設(shè)備進行轉(zhuǎn)爐傾爐操作時對應(yīng)的聯(lián)鎖動作。

（1）爐前風(fēng)壓低。

（2）送風(fēng)流量低。

（3）送風(fēng)閥沒有在開限位。

（4）放空閥沒有在關(guān)限位。

3.2.4 直流電機事故傾轉(zhuǎn)

控制室操作臺上的轉(zhuǎn)爐操作模式開關(guān)轉(zhuǎn)換到作業(yè)模式，直流電機事故傾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到自動模式，直流電機轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到正常操作模式，當(dāng)爐體角度小于40°時，以下條件只要有一項滿足時，直流電機驅(qū)動轉(zhuǎn)爐自動傾轉(zhuǎn)到40°的時候停止。同時其他聯(lián)鎖設(shè)備進行轉(zhuǎn)爐傾爐操作時對應(yīng)的聯(lián)鎖動作。

（1）交流失壓。

（2）交流電機總故障（包含交流電機自動傾轉(zhuǎn)的所有條件）。（3）PLC故障。

3.2.5 防火門、擋灰板控制

當(dāng)防火門、擋灰板的控制轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇在集中位置時，當(dāng)轉(zhuǎn)爐不在吹煉位（-20°～ +20°）或者轉(zhuǎn)爐正在傾爐或者回爐操作時，防火門、擋灰板自動打開至開限位；當(dāng)轉(zhuǎn)爐在吹煉位且保持10秒沒有動作時，防火門、擋灰板自動關(guān)閉至關(guān)限位。

3.2.6 熔劑加料控制系統(tǒng)

當(dāng)爐體位置處在通風(fēng)眼位（-3°～+3°），熔劑加料皮帶、熔劑溜槽、氣動閘門的控制轉(zhuǎn)換開關(guān)全部轉(zhuǎn)換到集中位置，在上位機操作界面上設(shè)定好單次所需的熔劑加料量后，單擊熔劑加料啟動按鈕后，氣動閘門將自動提升到最高限位 → 熔劑溜槽將自動下降到最低限位 → 自動啟動加料皮帶。當(dāng)點擊熔劑加料停止按鈕或者單次下料量達到設(shè)定值或者轉(zhuǎn)爐發(fā)生自動傾轉(zhuǎn)時，自動停止加料皮帶→ 熔劑溜槽將自動提升到限位 → 氣動閘門將自動下降到限位。

3.2.7 氧氣截止閥控制

當(dāng)送風(fēng)閥在全開位置，放空閥在全關(guān)位置，爐前風(fēng)壓、爐前送風(fēng)量滿足工藝條件值，且氧氣總管壓力大于爐前送風(fēng)壓力時，氧氣截止閥自動打開，否則氧氣截止閥關(guān)閉。

3.2.8 收塵振打系統(tǒng)

按照設(shè)計要求，將收塵振打裝置分成了十二組。在聯(lián)鎖自動模式下，前一組振打結(jié)束，后一組間隔指定的時間后開始工作。在上位機操作界面上可以設(shè)置每組振打裝置的工作時間和停止時間，振打的工作時間及次數(shù)可根據(jù)鍋爐的排煙溫度來調(diào)整，當(dāng)鍋爐的排煙溫度低于設(shè)計值時可適當(dāng)減少振打的持續(xù)時間或延長兩次振打、捶打的時間間隔。反之，當(dāng)鍋爐的排煙溫度高于設(shè)計值時可適當(dāng)增加振打、捶打的持續(xù)時間或縮短兩次振打、捶打的時間間隔。并且每組振打裝置都可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程手動振打。

3.3 轉(zhuǎn)爐監(jiān)控界面

圖3 轉(zhuǎn)爐監(jiān)控界面

4 結(jié)語

大冶4#轉(zhuǎn)爐自2012年8月投入生產(chǎn)以來，生產(chǎn)穩(wěn)定、正常、可靠，在很大程度上提高了生產(chǎn)效率，并實現(xiàn)了改造預(yù)期的清潔生產(chǎn)和節(jié)能降耗目標(biāo)。