计算机自动控制系统在转炉精炼炉中的应用

摘要:针对转炉精炼炉工艺复杂，联锁信号繁多，控制难度大等情况，使用计算机自动控制系统控制转炉精炼炉，有效地改善了生产人员的工作环境，提高了生产效率。

　 转炉精炼炉自动控制系统主要实现钢包的控制、钢包车装置的控制、电极升降装置的控制、炉盖及炉盖的提升机构的控制，吹氢装置的控制，冷却水系统的控制，电炉变压器的控制，加料系统的控制，高压及低压电控系统的控制，生产过程数据采集等功能。

转炉精炼炉的工作过程可简单概括为:

2.1 在100t转炉出钢后，将钢包转出，由吊车将钢包吊至精炼位，此时，钢包内接通氩气。

2.2 精炼过程为:将钢包车运到加热工位，炉盖下降到位，开始加热并补加渣料。加热一定时间后，停止通电，测温取样。测温取样完后，根据化验结果，再通电，补加合金料。渣变白后，再次测温取样。根据钢水温度，调整电压、电流，用少许碳化粉保持白渣。成份合乎规格后，微调成份，停电，提开电极炉盖。

2.3 对钢水进行测温，钢包车开至喂丝机工位，通过喂丝机进一步微调成分。喂丝后，钢包车开至吊包工位，继续吹氩3分钟后，关闭氩气，吊包至连铸机。

工艺流程如图1所示。

　 根据控制要求，经过综合对比分析，决定选用性能价格比较好的德国SIEMENS公司WinCC/S7 -400/ET -200系列中型计算机控制系统。该系统是新一代开放系统，由运行于Windows2001)操作系统环境下的WinCC监控与系统软件S7一400构成。其中WinCC服务器软件维护整个系统的实时数据库，WinCC监控站软件是系统的人机界面。

　 根据控制规模，选用1套控制器S7一400带2套ET200主机架带两套扩展机架的模式组成系统。

4.1 STEP7编程

　 该系统的控制是由逻辑控制和过程控制组成的。主要功能是完成控制参数的监视和调整、逻辑连锁、故障及报警的处理、历史数据的采集及历史趋势的显示和打印，生产报表的生成和打印等。

软件设计思想为:

　 阅读方便，利于维护，程序设计模块化结构。

　 绝对可靠。

　 有充分的灵活性和较好的智能性。

　 充分考虑到人身、设备的安全性及对其他设备的影响。

　 在程序中增加设备之间的联锁，防止误操作。

4.2 人机界面

　 通过利用的德国西门子公司生产的WINCC6. 0工具，编制了上位机程序，提供了操作员监视过程的界面，使操作员能够直观地了解生产运行情况，并对精炼炉生产过程进行调整，提供了历史趋势、用料情况、报表打印等数据存储方式。

4.2.1 过程监控画面

　 根据工艺要求和控制的需要，编制了各个工艺流程画面、开关量显示画面、回路调节画面、报警画面、历史趋势画面。各个工艺流程画面主要用于各个子系统操作所需的各个重要生产参数，使操作人员能够随时监控生产线的运行情况。为了方便操作员操作，所有的控制设备的启动停止、参数设定等重要操作都做到了主工艺画面上，操作员可以直接在主工艺画面上对设定值输入进行设定，不必切换到回路调节画面。

4.2.2 开关量显示画面

　 开关量显示画面主要用于实时显示整个系统的开关量输入输出信号，帮助维护和操作人员分析现场设备的运行情况，排查现场设备的故障点，尽快使设备正常运行起来。

4.2.3 回路调节画面

　 在回路调节画面中，PID同路的PV值、SP值、频率值同时用棒图形式和数字形式显示，操作人员可以直观的看到回路的调节情况，也可以精确的对回路调节参数进行设定。在回路调节画面中还设有手/自动切换、模型/回路控制状态切换等开关。

4.2.4 报警画面

　 按工艺要求，当过程值超过报警上下限时，发出声音报警，并在报警画面上显示报警发生时间、报警值、报警等级、报警点，操作员在报警画面中可以完成报警确认、报警信息过滤等功能。当操作员不在监视报警画面时，有报警发生后，自动在屏幕下方显示最新一条报警信息，发出提示。

4.2.5 调试画面

　 调试画面用于维护人员对PID回路P, I, D三个参数进行整定。

4.2.6 历史趋势功能

　 对一些重要的过程参数和对生产考核有意义的数据存储历史数据，操作员可以设定历史趋势的采样间隔，调整精度和存储时间，设定显示范围。

　 根据生产工艺的要求，利用计算机实现了控制数据的自动采集，实现了设备的逻辑连锁控制，取代了手工控制，有明显的提高品位、增产增效作用，极大地减轻了工人的劳动强度。

5.1　对于精炼炉系统的电气设备，如交流接触器、变频器等，具体控制对象包括高压合分闸，高压开关状态监　 测及故障信号检测，变压器高压开关远程控制及变压器故障信号检测，渣水冷却器工作状态检测，合金加料等，在主控室和现场操作箱可以两地操作控制。　　

5.2 对于炉盖与电极之间、加料系统中，运用了大量的连锁启动控制，防止了工人的误操作，也极大地减轻了工人的劳动强度。

5.3 对于电极调节运用了多冲量的自动调节。

　 在软件设计中，电极调节将主操作台的电极升降控制信号、功率给定增减信号、灵敏度增减信号、炉前后的炉盖升降信号以及三相电极加紧放松信号，低压侧弧流、弧压信号、变压器档位信号、三相电及上下限信号、炉盖上限位信号送入PLC中的输入模块;在机械设计上，根据Uarc/Iarc=Rarc数学模型，采用三根直线排列炉顶电极，其中一根作为起弧电极一—阴极，置于钢包炉中心部位，另两根分别排列于起弧电极的两侧并插入炉渣，作为回路电极，同时起到保持电弧居中，防止偏弧的作用。

　 由于这样的设计，加大了钢包壁至电弧的距离，实现电弧等效阻抗控制，集电极位置为最佳的控制思想，经PLC控制其中的PID运算处理后，其输出信号通过模拟量输出模板驱动比例放大器后控制电极升降比例，对电极位置进行自动调节。在控制过程中，给定功率指令时刻保持运行功率为给定值，从而达到控制输入到炉内的功率为最佳值，满足冶炼工艺的要求。

　 综观国内外精炼炉自动控制系统的应用，各有所长，经过调查研究，翻阅资料，取长补短，并根据实际情况，本着简单、实用、安全、可靠的指导思想，遵循以下原则设计本自控系统。

6.1 程序模块化结构，简单明了，层次清楚，便于阅读、修改。

6.2 程序内多重联锁防止了设备竞争现象和误启停现象的发生。

6.3 软件设计充分考虑了现场工人、设备的安全。

6.4 系统具有工作保护及防干扰措施。