濟鋼25t轉爐自動化控制系統改進

圖1 25t轉爐原自動化控制系統

　　25t轉爐自1991年投入使用后，自動化系統先后暴露出一些問題，主要是：
　 （1）系統PLC與MICON—200兩部分間的通訊性能較差。PLC與MICON—200之間傳遞的大量重要信號、聯鎖點，都依靠電纜直接將回路控制器P—200與PLC的I/O模塊相連，線路復雜且不可靠。
（2）維護難度大。MICON—200系統對環境要求較高，使用壽命較短，且控制板通用性差。
　（3）PLC系統設置不合理，特別是I/O站位處生產現場，大量煙塵導致故障較多。
　（4）系統自動化控制水平較低，外部繼電器聯鎖較多，而且三電一體化程度較差。

2.3 改造要求

　 （1）以實用性為主，從現場生產與維護的實際出發，對轉爐自動化控制系統進行改造。
　（2）要具有較強的獨立性。3座轉爐應相互獨立，同一轉爐的各控制系統也應具有一定的獨立性。
　（3）應具有一定的先進性。改造后應有較高的自動化水平，并為以后實現智能化煉鋼及自動化管理創造條件。
　（4）經濟可行，有較高的投入產出效益。

2.4 改造方案

　　（1） 采用多套PLC系統，分別完成各自相對獨立的控制功能。
（2） 采用多層網通訊，避免因通訊故障引起的系統故障。
　　（3） 實現電氣、儀表、計算機一體化的工業控制模式。
　　（4） 系統可實現與信息調度網、煉鋼管理網相互進行數據交換。
　　（5） 具有簡單的故障診斷系統，提高故障處理速度。

　　改造后的轉爐自動化控制系統如圖2所示。

圖2 改造后的轉爐自動化控制系統

3 系統改造內容

3.1 轉爐PLC控制系統

　　如圖2所示，整個轉爐自動化控制系統由多套PLC組成，其中每座轉爐的本體PLC采用Quantum-140CPU21304主機，并帶有2個遠程I/O分站，設有3個監控站，主要完成氧槍氣、水的監控和操作，散狀料系統的監控與操作，煤氣回收系統的監控和操作；每座轉爐的傳動PLC采用984—E685主機，并設有1個監控站，主要完成對轉爐傾動和氧槍升降變頻器的控制，并對操作進行監視。

　3座轉爐的公用部分也由多套PLC組成，汽化、上料等PLC采用984—685主機，并設有1個監控站，主要完成3座轉爐的汽化冷卻系統和上料系統的監視和控制，取消了所有二次儀表，實現了三電一體化。鋼水稱量PLC采用984—685主機，主要完成3座轉爐鋼水的稱量及傳輸顯示，信息PLC采用Quantum140CPU21304主機，并設3個監控站，主要傳遞及監視煉鋼廠生產信息。在PLC選用上有984和Quantum，主要是考慮利用原有984PLC和減少改造投資。

3.2 通信網絡的構成

　　轉爐自動化控制系統通信網絡采用的是多層網結構，主要由 Modbus Plus （MB+）網構成，以求減少系統間的相互影響。Modbus Plus網通過使用低成本的雙絞線電纜使得計算機、控制器和其它數據源，在整個網絡上作為同位體進行通信。本體PLC和汽化PLC與遠程I/O站之間通信選用冗余的同軸電纜通過通信模塊進行通信。每座轉爐本身內各PLC和監控站之間的通信采用在PLC上加通信模塊NOM的方案，在監控站安裝SA85網卡，與NOM模塊上Modbus Plus接口組成Modbus Plus網。網絡分級通過NOM模塊完成，依靠網橋可完成ModbusPlus網絡分段。這樣，3座轉爐間通信網就具有三段Plus網，和兩級網絡設置，其作用是提高網絡總體運行速度，并減少主體生產設備控制系統網絡出現故障的風險。

　整個轉爐Plus網絡具有如下特點：

　　（1）網絡系統規劃設計簡單明了，易于安裝，費用低廉。
　　（2） 網絡中各PLC系統是對等的MB+網絡從站，是提供被監控參數的站點；各監控計算機是對等的MB+網絡主站，是網絡通信中令牌的占用者、控制者。各監控計算機可對MB+網絡中的任意PLC系統所控制的生產過程實現監控。
　　（3） 因其對等性，網絡系統中各監控系統對各PLC系統實現監控的任意性，使得各監控系統計算機實際可互為備用，且網絡設備易于擴展、更換。
　　（4） 網絡系統通信速率高，控制實時性能力強，不會導致控制滯后。

　另外，通信網絡通過PLC以太網模塊NOE可實現與生產信息網相連，會同鑄機傳來的信息，為建立完善、

　　先進的生產過程管理模式打下了較好的技術基礎。

3.3 應用軟件的開發

　　轉爐自動化控制應用軟件主要包括：

　　（1）PLC具體控制程序的開發：主要是針對工藝要求進行參數的設置和控制方式的選擇，并完成對被控對象具體的閉環PID控制和其它控制。由于采用多PLC系統，因此CPU的運行反應時間完全能滿足工藝調節控制要求。

　（2）監控站上畫面操作系統的編制和工藝控制模型的開發：主要利用工業自動化應用軟件FIX系列軟件，針對被控對象進行監控站工藝流程監控畫面的開發；利用微軟公司SQL7.0數據庫和VB編程語言開發過程控制模型。

3.3.1 氧槍系統的軟件設計 以“自動、手動”兩種控制方式對監控站、本體PLC、傳動PLC進行編程。

　傳動PLC主要任務是：接收監控站的槍位設定值或手動速度給定，接收來自現場的特殊點信號、氧槍傳動裝置信號及本體PLC傳送的氧槍水、氣、張力等聯鎖信號，在滿足所有動槍條件的前提下，給氧槍變頻器發送上升、下降或停止及開啟氧槍抱閘的命令。動槍程序的功能是：在自動控制方式下，接收槍位給定值，并存于內部寄存器中，再與由編碼器輸入的實際槍位相比較，從而確定升降及升降速度并將控制信號輸到變頻器控制端子。同時與相應的抱閘動作結合，氧槍在升降過程中隨著實際槍位的變化而不斷地改變給定升降速度，以確保槍位的準確。在手動控制下則完全由操作員根據槍位顯示，手動控制升、降、停及升降速度。

本體PLC主要任務是：采集氧槍系統的所有模擬量，并根據工藝要求對部分模擬量進行PID調節，給傳動PLC發送聯鎖信號并接收傳動PLC的槍位信號。對氧氣的流量調節由接收設定值槍位及采集的氧氣溫度、壓力、流量信號及音頻化渣信號，按標準公式進行運算，運算的流量值作為PID調節的實際輸入值。同樣對于冷卻水的調節也根據進出水溫度、流量設定值、壓力等進行PID調節。并根據出鋼信號和槍位信號自動完成氧、氮切換，控制濺渣護爐。

　監控站的功能是：接收、顯示本體PLC和傳動PLC發來的氧槍聯鎖條件。在自動、手動方式下向傳動PLC發送槍位設定值或手動給定速度，并接收顯示實際槍位，對吹煉過程的各工藝參數進行動態顯示。并根據工藝要求，在監控工控機中存入多種氧槍自動方案數據表。在自動方式下，根據吹煉要求選定一個方案后，整個冶煉過程中槍位的設置及氧流量的設定和調節就可自動進行。

3.3.2 散狀料系統軟件設計 以“自動、手動”兩種方式對本體PLC和監控站進行編程，其功能是按工藝要求對8個振動給料器、4個稱量斗、4個氣插閥進行操作和控制。在自動方式下，在監控站工控機中建立由工藝提出的多種下料方案，選定方案后，在吹煉過程中，根據吹煉時間，將下料量傳到本體PLC，由PLC根據設定值自動下料和稱量，并在監控站對整個下料動態過程進行顯示。在手動方式下，由監控站根據下料動態畫面，采用鍵盤操作，操作信息傳到本體PLC后，再由PLC控制下料。

　　轉爐應用軟件還有轉爐傾動系統軟件、汽化凈化系統軟件、轉爐煤氣回收軟件、高壓風機系統軟件、故障診斷系統軟件等。

4 結語

　　濟鋼25t轉爐的生產任務非常緊，對轉爐自動化控制系統的改造只能利用每年的幾次整體檢修時間進行。由于轉爐自動化控制系統采用多層網多PLC控制，因此整套系統改造非常適合分多次逐漸完成，并根據運行情況分系統實現自動控制。目前已有煤氣回收、汽化凈化控制、底吹系統、高壓風機系統等完全實現了自動控制，并正對氧槍、下料等系統進行優化控制，進一步完善開發智能化煉鋼模型，一旦時機成熟就將實現智能化煉鋼。