精煉RH自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
精煉RH是現(xiàn)在碳鋼生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的處理手段，通過RH的處理，可以很好的控制鋼水的成分、溫度等，提高鋼水的質(zhì)量。RH的主要功能是通過在真空狀態(tài)下向鋼水中吹入氮?dú)饣蛘邭鍤猓痄撍难h(huán)，使得鋼水中的一些碳、氮等雜質(zhì)通過廢氣排出，同時(shí)在某個(gè)階段通過頂槍吹氧，使得鋼水中的碳和氧發(fā)生反應(yīng)，從而把鋼水中的碳的濃度再度降低，提高純凈度。
目前國內(nèi)典型的RH的一個(gè)流程:首先將真空槽移動到處理位置，鋼包到達(dá)RH處理位置以后通過液壓裝置將鋼包頂升直到真空槽下部的浸漬管插入鋼水，啟動真空裝置進(jìn)行抽真空，添加合金，處理一段時(shí)間以后用頂槍吹氧，中間過程隨時(shí)可以進(jìn)行測溫取樣，當(dāng)樣本符合要求以后達(dá)到要求以后停止真空操作，待真空系統(tǒng)復(fù)壓以后降下鋼包，送到連鑄進(jìn)行下一個(gè)流程作業(yè)。

2 RH自動化系統(tǒng)配置及其特點(diǎn)
該自動化控制系統(tǒng)采用開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)分為兩級:基礎(chǔ)自動化級(L1)和過程計(jì)算機(jī)級(L2)。參見圖1。

圖1 系統(tǒng)配置圖
基礎(chǔ)自動化采用ROCKWELL的ControlLogix 1756-L55作為處理器，采用現(xiàn)場總線DeviceNet方式與現(xiàn)場操作箱連接，并采用智能馬達(dá)控制中心IntelliCenteTM。各個(gè)控制器以及監(jiān)控站之間采用冗余的ControlNet連接，監(jiān)控站采用通用的工業(yè)PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)管理;設(shè)置專用的Ethernet網(wǎng)供監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Client/Server結(jié)構(gòu)。
該系統(tǒng)主要的控制功能包括:鋼包走行、鋼包升降、槽臺車走行、真空系統(tǒng)、合金稱量、合金上料、合金投入、環(huán)流系統(tǒng)、頂槍系統(tǒng)、預(yù)熱槍系統(tǒng)、廢氣系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。
2.1 系統(tǒng)主要特點(diǎn)
(1) 系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度，控制精度，減少故障率。
(2) 程序設(shè)計(jì)采用模塊結(jié)構(gòu)，調(diào)試簡單、方便。
(3) 畫面操作方便、靈活。Ｌ1畫面有監(jiān)控畫面、儀表回路畫面、聯(lián)鎖關(guān)系畫面、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)畫面、報(bào)警畫面、趨勢畫面等;Ｌ２畫面有報(bào)表畫面、分析畫面、模型畫面等。
(4) 電器、儀表、計(jì)算機(jī)三合一，符合當(dāng)今發(fā)展潮流。
(5) 在L2系統(tǒng)中采用了數(shù)學(xué)模型，并且把輸出結(jié)果嵌入L2系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)模式下直接作為一些設(shè)定參數(shù)。

2.2 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)
應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)采用模塊化設(shè)計(jì)，程序以設(shè)備為單位進(jìn)行程序的開發(fā)，通過一定的連鎖將所有的設(shè)備串接起來，確保程序的通用性、易讀性以及增加調(diào)試方便。下面以真空主閥和環(huán)流PID調(diào)節(jié)為例說明。
主真空閥控制方式分自動方式和手動方式。自動方式和手動方式由操作人員在CRT上選擇，控制邏輯參見圖2圖3。在排氣系統(tǒng)自動方式時(shí)，自動方式和手動方式的設(shè)置有效。如果排氣系統(tǒng)為手動方式，主真空閥控制方式只能是手動方式。
環(huán)流氣體是在真空處理過程中，從浸漬管吹入氮?dú)饣驓鍤猓则?qū)動鋼水的環(huán)流。在不處理的時(shí)候，氮?dú)饣驓鍤庾鳛楸Ｗo(hù)氣體用。在處理時(shí)，根據(jù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工藝標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)流氣體的流量控制可以根據(jù)鋼種的不同，在不同的處理階段采用不同的流量設(shè)定，或者是定值控制。在不處理處理時(shí)則通常采用操作人員設(shè)定的定值控制。
對于環(huán)流氣體流量控制也有計(jì)算機(jī)、自動、手動三種方式。計(jì)算機(jī)控制方式下，對于處理的鋼種，可以根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由L2給出設(shè)定值。通常情況下，L2給出的設(shè)定值有兩種方式，一種是定值設(shè)定，一種是按圖2給出的曲線設(shè)定，這和采用的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工藝標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。自動方式下，環(huán)流氣體流量的控制由操作人員手動進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定值控制。手動方式下，操作人員手動給出閥門開度，進(jìn)行流量控制。

圖2 環(huán)流氣體流量設(shè)定曲線
圖3就是計(jì)算機(jī)模式或者自動模式下流量的設(shè)定曲線和對應(yīng)的PID控制回路示意圖。

圖3 流量的設(shè)定曲線和對應(yīng)的PID控制回路示意圖
環(huán)流氣體的流量在設(shè)定以后要保證穩(wěn)定，各個(gè)支管在沒有堵塞的情況下需要流量相等，如果其中一路發(fā)生堵塞，其他幾路就要相應(yīng)的改變設(shè)定值以保證總的流量符合工藝的要求。從前的做法是不停的計(jì)算每個(gè)支管的流量偏差，然后重新給定每路支管的設(shè)定數(shù)據(jù)，這樣做很難保證流量的穩(wěn)定性，控制精度也很差。為解決該問題，在該項(xiàng)目中我們采用一個(gè)虛擬的PID來調(diào)節(jié)總管流量，在PID回路圖中四個(gè)支管的PID回路上方設(shè)置一個(gè)模擬PID(主控制器)并且和支管PID構(gòu)成串級控制回路來實(shí)現(xiàn)該功能。主控制器的設(shè)定值就是操作員輸入的值(自動模式)或者接受L2送過來的模型計(jì)算數(shù)據(jù)(計(jì)算機(jī)模式)，實(shí)際流量就是支管流量和，經(jīng)過主控制器PID計(jì)算以后的輸出值經(jīng)過轉(zhuǎn)換和計(jì)算然后成為串級PID(支管PID)的設(shè)定值。實(shí)踐下來，該方法很好的解決了總管流量的波動問題，反應(yīng)及時(shí)，完全滿足工藝的要求。
3 結(jié)束語
該系統(tǒng)從投產(chǎn)以后，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)方便完全符合當(dāng)初的設(shè)計(jì)思想，而且滿足生產(chǎn)要求。