萊鋼120噸轉(zhuǎn)爐循環(huán)水計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
1 引言
轉(zhuǎn)爐煉鋼從小轉(zhuǎn)爐發(fā)展到100t以上轉(zhuǎn)爐，循環(huán)水的用量明顯增加，大容量轉(zhuǎn)爐采用了煉鋼新工藝、新技術(shù)，這些新技術(shù)需要高性能、高可靠性、體積小、價(jià)格低、具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能、易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能等優(yōu)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)線采用計(jì)算機(jī)控制后可以大幅度提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，提高設(shè)備使用壽命，節(jié)約能源，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善操作環(huán)境。
2 系統(tǒng)組成
2． 1 轉(zhuǎn)爐循環(huán)水工藝概述
萊鋼1#120噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)線設(shè)計(jì)能力為120萬噸/年，其自動(dòng)化控制水平的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐循環(huán)水智能自動(dòng)控制，對(duì)降低能耗，有效節(jié)約水資源，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要作用。
萊鋼大型H型鋼生產(chǎn)線轉(zhuǎn)爐公用水泵房系統(tǒng)主要包括2×100t轉(zhuǎn)爐循環(huán)冷卻供排水及處理設(shè)施、連鑄機(jī)間接冷卻供排水及處理設(shè)施（不包含連鑄濁環(huán)水及安全供水）、轉(zhuǎn)爐煙氣凈化除塵污水污泥處理設(shè)施，設(shè)計(jì)生產(chǎn)總用水量10987m3/h,其中轉(zhuǎn)爐凈環(huán)水量2042m3/h，濁環(huán)水量1406m3/h，連鑄軟環(huán)水量2970m3/h，凈環(huán)水量4250m3/h，各循環(huán)水系統(tǒng)生產(chǎn)新水補(bǔ)充量234 m3/h，軟水補(bǔ)充量85 m3/h。生活水量5 m3/h，生產(chǎn)排水量40 m3/h。生產(chǎn)水循環(huán)利用率97.63%。
每個(gè)水井設(shè)有3臺(tái)給水泵供水，兩用一備，正常兩臺(tái)給水泵供水運(yùn)行，當(dāng)水位降到低水位或運(yùn)行水泵故障時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)備用給水泵，當(dāng)水位到達(dá)高水位時(shí)，停止備用水泵；單擊手動(dòng)啟停給水泵時(shí)，通過畫面點(diǎn)擊啟泵、停泵按鈕或現(xiàn)場(chǎng)按啟泵、停泵按鈕，實(shí)現(xiàn)給水泵的啟動(dòng)/停止控制。
2．2 系統(tǒng)組成：
系統(tǒng)硬件配置采用SIEMENS公司的WinCC/S7-400控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是建立在S7-400控制器、Pentium Ⅳ工控機(jī)平臺(tái)之上的開放式系統(tǒng)；S7-400是模塊化大型PLC系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊，每個(gè)控制器可以控制64個(gè)回路，最大可處理131072個(gè)I/O點(diǎn)，其中模擬量I/O點(diǎn)數(shù)為8192個(gè)，邏輯掃描速率為1.25MB/s。DELL工控機(jī)采用主頻為2.5GHz的pentiumⅣCPU，512MB SDRAM 內(nèi)存，80GB UltraSCSI 接口硬盤。 S7-400控制器和DELL工控機(jī)采用以太環(huán)網(wǎng)，通訊速率為100Mbps，使用單模光纖連接。
轉(zhuǎn)爐循環(huán)水系統(tǒng)硬件配置如下：
3 主要控制功能
3．1吸水井邏輯控制
循環(huán)水控制9個(gè)吸水井、1個(gè)配水井、2個(gè)集水坑、1個(gè)軟水補(bǔ)水箱、1個(gè)軟水集水池等水容器的進(jìn)、出水循環(huán)泵，每個(gè)吸水井有3個(gè)給水泵供水。另有4個(gè)循環(huán)泵為異型坯結(jié)晶器供水，3個(gè)循環(huán)泵為中板坯結(jié)晶器供水。實(shí)現(xiàn)整個(gè)轉(zhuǎn)爐區(qū)域、連鑄區(qū)域的循環(huán)水供應(yīng)。循環(huán)水泵電機(jī)控制原理相同，僅以1#吸水井為例介紹。
1#吸水井有鑄機(jī)回水上水塔水泵電機(jī)4－1、鑄機(jī)回水上水塔水泵電機(jī)4－2、鑄機(jī)回水上水塔水泵電機(jī)4－3共有三臺(tái)水泵。
操作模式為機(jī)旁操作、集中操作。
機(jī)旁操作:操作員在現(xiàn)場(chǎng)操作箱上直接進(jìn)行操作，通過啟動(dòng)、停止按鈕實(shí)現(xiàn)單個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行、停止。
集中操作:通過上位機(jī)監(jiān)控畫面進(jìn)行操作,又分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。
手動(dòng)方式： 操作員通過監(jiān)控畫面操作相應(yīng)水泵，當(dāng)水泵投用時(shí)，操作員可在畫面上啟停該水泵。當(dāng)水泵備用時(shí)，水泵不能通過畫面啟停。
自動(dòng)方式： 兩臺(tái)工作泵4-1和4-2同時(shí)運(yùn)行,當(dāng)工作泵發(fā)生故障時(shí),備用泵4-3自動(dòng)投入運(yùn)行,同時(shí)將故障信號(hào)送入操作室。吸水井達(dá)到最低水位時(shí)(-3.8m)水泵自動(dòng)停泵,并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
#1吸水井實(shí)現(xiàn)液位LT101高、低液位報(bào)警，鑄機(jī)設(shè)備冷卻回水上塔溫度TE101、鑄機(jī)設(shè)備冷卻回水上塔流量FT101顯示。
3．2過程控制和監(jiān)控
實(shí)現(xiàn)了重要水流量、液位、溫度的過程單回路控制，使控制參數(shù)穩(wěn)定在生產(chǎn)要求的控制范圍內(nèi)。
PID控制示意圖
使用監(jiān)控畫面實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，強(qiáng)制動(dòng)作，及動(dòng)態(tài)畫面顯示，趨勢(shì)畫面顯示，報(bào)警/歷史記錄等功能。
4 結(jié)語
系統(tǒng)自2004年6月投入在線運(yùn)行以來，取得良好的控制效果：參數(shù)控制精度在99%以上，全自動(dòng)運(yùn)行率在95%以上，有效的節(jié)約了電能和水資源，減少了環(huán)境污染，保護(hù)了環(huán)境。具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值?！?
轉(zhuǎn)爐煉鋼從小轉(zhuǎn)爐發(fā)展到100t以上轉(zhuǎn)爐，循環(huán)水的用量明顯增加，大容量轉(zhuǎn)爐采用了煉鋼新工藝、新技術(shù)，這些新技術(shù)需要高性能、高可靠性、體積小、價(jià)格低、具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能、易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能等優(yōu)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)線采用計(jì)算機(jī)控制后可以大幅度提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，提高設(shè)備使用壽命，節(jié)約能源，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善操作環(huán)境。
2 系統(tǒng)組成
2． 1 轉(zhuǎn)爐循環(huán)水工藝概述
萊鋼1#120噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)線設(shè)計(jì)能力為120萬噸/年，其自動(dòng)化控制水平的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐循環(huán)水智能自動(dòng)控制，對(duì)降低能耗，有效節(jié)約水資源，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要作用。
萊鋼大型H型鋼生產(chǎn)線轉(zhuǎn)爐公用水泵房系統(tǒng)主要包括2×100t轉(zhuǎn)爐循環(huán)冷卻供排水及處理設(shè)施、連鑄機(jī)間接冷卻供排水及處理設(shè)施（不包含連鑄濁環(huán)水及安全供水）、轉(zhuǎn)爐煙氣凈化除塵污水污泥處理設(shè)施，設(shè)計(jì)生產(chǎn)總用水量10987m3/h,其中轉(zhuǎn)爐凈環(huán)水量2042m3/h，濁環(huán)水量1406m3/h，連鑄軟環(huán)水量2970m3/h，凈環(huán)水量4250m3/h，各循環(huán)水系統(tǒng)生產(chǎn)新水補(bǔ)充量234 m3/h，軟水補(bǔ)充量85 m3/h。生活水量5 m3/h，生產(chǎn)排水量40 m3/h。生產(chǎn)水循環(huán)利用率97.63%。
每個(gè)水井設(shè)有3臺(tái)給水泵供水，兩用一備，正常兩臺(tái)給水泵供水運(yùn)行，當(dāng)水位降到低水位或運(yùn)行水泵故障時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)備用給水泵，當(dāng)水位到達(dá)高水位時(shí)，停止備用水泵；單擊手動(dòng)啟停給水泵時(shí)，通過畫面點(diǎn)擊啟泵、停泵按鈕或現(xiàn)場(chǎng)按啟泵、停泵按鈕，實(shí)現(xiàn)給水泵的啟動(dòng)/停止控制。
2．2 系統(tǒng)組成：
系統(tǒng)硬件配置采用SIEMENS公司的WinCC/S7-400控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是建立在S7-400控制器、Pentium Ⅳ工控機(jī)平臺(tái)之上的開放式系統(tǒng)；S7-400是模塊化大型PLC系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊，每個(gè)控制器可以控制64個(gè)回路，最大可處理131072個(gè)I/O點(diǎn)，其中模擬量I/O點(diǎn)數(shù)為8192個(gè)，邏輯掃描速率為1.25MB/s。DELL工控機(jī)采用主頻為2.5GHz的pentiumⅣCPU，512MB SDRAM 內(nèi)存，80GB UltraSCSI 接口硬盤。 S7-400控制器和DELL工控機(jī)采用以太環(huán)網(wǎng)，通訊速率為100Mbps，使用單模光纖連接。
轉(zhuǎn)爐循環(huán)水系統(tǒng)硬件配置如下：
3 主要控制功能
3．1吸水井邏輯控制
循環(huán)水控制9個(gè)吸水井、1個(gè)配水井、2個(gè)集水坑、1個(gè)軟水補(bǔ)水箱、1個(gè)軟水集水池等水容器的進(jìn)、出水循環(huán)泵，每個(gè)吸水井有3個(gè)給水泵供水。另有4個(gè)循環(huán)泵為異型坯結(jié)晶器供水，3個(gè)循環(huán)泵為中板坯結(jié)晶器供水。實(shí)現(xiàn)整個(gè)轉(zhuǎn)爐區(qū)域、連鑄區(qū)域的循環(huán)水供應(yīng)。循環(huán)水泵電機(jī)控制原理相同，僅以1#吸水井為例介紹。
1#吸水井有鑄機(jī)回水上水塔水泵電機(jī)4－1、鑄機(jī)回水上水塔水泵電機(jī)4－2、鑄機(jī)回水上水塔水泵電機(jī)4－3共有三臺(tái)水泵。
操作模式為機(jī)旁操作、集中操作。
機(jī)旁操作:操作員在現(xiàn)場(chǎng)操作箱上直接進(jìn)行操作，通過啟動(dòng)、停止按鈕實(shí)現(xiàn)單個(gè)電機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行、停止。
集中操作:通過上位機(jī)監(jiān)控畫面進(jìn)行操作,又分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式。
手動(dòng)方式： 操作員通過監(jiān)控畫面操作相應(yīng)水泵，當(dāng)水泵投用時(shí)，操作員可在畫面上啟停該水泵。當(dāng)水泵備用時(shí)，水泵不能通過畫面啟停。
自動(dòng)方式： 兩臺(tái)工作泵4-1和4-2同時(shí)運(yùn)行,當(dāng)工作泵發(fā)生故障時(shí),備用泵4-3自動(dòng)投入運(yùn)行,同時(shí)將故障信號(hào)送入操作室。吸水井達(dá)到最低水位時(shí)(-3.8m)水泵自動(dòng)停泵,并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
#1吸水井實(shí)現(xiàn)液位LT101高、低液位報(bào)警，鑄機(jī)設(shè)備冷卻回水上塔溫度TE101、鑄機(jī)設(shè)備冷卻回水上塔流量FT101顯示。
3．2過程控制和監(jiān)控
實(shí)現(xiàn)了重要水流量、液位、溫度的過程單回路控制，使控制參數(shù)穩(wěn)定在生產(chǎn)要求的控制范圍內(nèi)。
PID控制示意圖
使用監(jiān)控畫面實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，強(qiáng)制動(dòng)作，及動(dòng)態(tài)畫面顯示，趨勢(shì)畫面顯示，報(bào)警/歷史記錄等功能。
4 結(jié)語
系統(tǒng)自2004年6月投入在線運(yùn)行以來，取得良好的控制效果：參數(shù)控制精度在99%以上，全自動(dòng)運(yùn)行率在95%以上，有效的節(jié)約了電能和水資源，減少了環(huán)境污染，保護(hù)了環(huán)境。具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值?！?
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