爐外精煉自動化系統(tǒng)的操作實踐  

　　本文僅介紹自控系統(tǒng)的構(gòu)成、主要功能及特點。

　　1系統(tǒng)硬件構(gòu)成

　　基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)由西門子S5-135U PLC和OS-B41 COROS操作站，通過H1總線組成分布式控制系統(tǒng)。LTS1配有4臺PLC和3臺操作站，LTS2配有3臺PLC和3臺操作站。每臺PLC負(fù)責(zé)完成本身承擔(dān)的設(shè)備控制功能，而操作站全部是主站，每個站都能完成其他站的全部功能，互為備用。

　　2PLC承擔(dān)的主要功能

　　(1)LHF PLC主要功能：氬氣攪拌控制；鋼包運(yùn)輸車控制；測溫取樣操作控制；變壓器操作監(jiān)視；高壓設(shè)備操作監(jiān)視；液壓設(shè)備操作監(jiān)視；冷卻水監(jiān)控。

　　(2)VD PLC主要功能：氬氣攪拌控制；VD蓋車運(yùn)動控制；真空泵系統(tǒng)操作控制；測溫取樣操作控制；喂絲操作控制；可移動彎頭小車控制；冷卻水監(jiān)控。

　　(3)合金／熔劑添加系統(tǒng)PLC主要功能：上料系統(tǒng)操作控制；加料系統(tǒng)操作控制；真空料斗動作控制；除塵系統(tǒng)聯(lián)鎖控制。

　　(4)TS PLC主要功能：氬氣攪拌控制；喂絲機(jī)操作控制；TS蓋車操作控制；扒渣機(jī)操作控制；測溫取樣操作控制。

　　(5)電極調(diào)節(jié)PLC主要功能：電極控制。

　　3通信模塊的應(yīng)用

　　基礎(chǔ)自動化局域網(wǎng)采用SINEC H1總線結(jié)構(gòu)，每臺PLC配置一塊CP143模塊，操作站和編程器配置一塊CP1413模塊，這些模塊通過單口或雙口收發(fā)器上網(wǎng)。指定一臺PLC收集H1網(wǎng)上與二級計算機(jī)有關(guān)信息，通過CP544模塊與二級計算機(jī)通信?？紤]到串行通信速率低，為避免瓶頸現(xiàn)象發(fā)生，CP544的一個通道專管發(fā)送，另一通道專管接收。此外，應(yīng)用專用模塊實現(xiàn)對philips稱重儀、高位料倉料位計、喂絲機(jī)PLC和測溫定氧儀的通信。所有這些串行通信的應(yīng)用，增加了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送的******性，節(jié)約了大量信號電纜。

　　4系統(tǒng)設(shè)備和控制特點

　　LHF系統(tǒng)

　　80t鋼包加熱爐采用二臺鋼包車離線式布置，鋼包車用變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動，控制精度±20mm。

　　電極直徑Φ400mm，節(jié)圓直徑Φ700mm，電極行程3000mm，調(diào)整速度80mm/s。3個電極固定在電極立柱的一個電極臂上，通過電極立柱一起升降(簡稱單立柱)，整個結(jié)構(gòu)緊湊、堅固，占用空間小，電極調(diào)節(jié)容易。電極調(diào)節(jié)選用ET公司產(chǎn)品ET-DEC-921數(shù)字式阻抗調(diào)節(jié)器(由S5-135U PLC控制)，由于是單立柱調(diào)節(jié)，實際電流選擇三電極電流的平均值(也可以選擇***小電流值)進(jìn)行控制。二次電壓設(shè)定由二級計算機(jī)給出，也可由人工設(shè)定。阻抗調(diào)節(jié)器(采用PID算法)輸出信號送至電液比例閥，控制電極升降。

　　變壓器選用德國SGB公司的14MVA變壓器，初級35kV，次級200～300V，10抽頭有載調(diào)壓，可過載20% 2h，******二次電流39kA，鋼水升溫速度4℃／min。大電流用德國ET公司的ROGOWSKI線圈檢測，將線圈直接安裝在變壓器次級輸出母線管上。當(dāng)電流在6A以下，線圈感應(yīng)電壓是45mV／A；在7.5～100kA時，線圈感應(yīng)電壓是從270mV開始，以36mV/kA呈線性關(guān)系上升，測量精度足夠高。感應(yīng)電壓通過變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號送入PLC，作為實際電流測量值參與調(diào)節(jié)。

　　為了降低電網(wǎng)諧波量，改善35kV母線的功率因數(shù)，系統(tǒng)配備了諧波補(bǔ)償電路。

　　2）VD系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)用一套真空泵系統(tǒng)對兩個真空罐位，即雙工位。除可移動蓋車外，增加可移動彎頭小車、喂絲機(jī)和測溫取樣槍小車、旋轉(zhuǎn)皮帶等設(shè)備，以滿足雙工位的工藝要求。真空抽氣系統(tǒng)由4級5個泵(蒸汽噴射泵和增壓泵)組成，抽氣能力在67Pa時抽20℃的空氣能力為250kg/h，極限真空度為20～30Pa。從大氣壓到中等真空度抽氣由蒸汽噴射泵提供，到達(dá)低真空度抽氣由增壓泵提供，為縮短啟動時間增加了啟動泵，整個過程由PLC順序控制。蒸汽噴射泵和增壓泵所用蒸汽在噴霧冷凝器中冷卻，冷卻水流入地下密封水箱。當(dāng)檢測真空壓力小于40kPa時，啟動PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)旁通閥門開度，控制抽力使真空度按設(shè)定梯度下降，以防止鋼水劇烈反應(yīng)溢出。當(dāng)真空壓力小于4kPa時，關(guān)閉PID。

　　3）底吹氬氣流量控制

　　氬氣流量控制選用德國Rosemowrt Salas公司的5863型質(zhì)量流量計。該流量計既能檢測流量，又能對流量進(jìn)行PID控制，PID控制設(shè)定值由操作人員根據(jù)鋼種在操作站屏幕上用鍵盤設(shè)置。工藝要求在鋼包底部使用兩塊透氣磚，采用兩路大流量氬氣攪拌深脫硫，PLC根據(jù)吹氬總量平均分配給兩路氬氣流量控制儀，由于透氣磚易堵，PID的設(shè)定值被設(shè)計成當(dāng)一路流量逐漸減少時，另一路流量逐漸增加，吹氬總量不變。

　　二級計算機(jī)系統(tǒng)

　　1系統(tǒng)構(gòu)成

　　主機(jī)選用DEC公司ALPHA AXP DEC 3000／600S小型機(jī)，服務(wù)器選用INFO-SERVER1000，該系統(tǒng)以光纜集線器DEC hub90為中心組成星形通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)主要軟件有：

　　OPEN VMS／HANZI V6.0操作系統(tǒng)；

　　在OPEN VMS AXP環(huán)境下的系統(tǒng)管理軟件MSV，記錄管理軟件RMS，開發(fā)圖形用戶界面的DEC WINDOWS MOTIF／HANZI和GUIMAN；MDV公司自行開發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)工具包case system MODAS。

　　1應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)和功能

　　每個功能又分為若干模塊、子模塊和單元來完成該功能下特定的任務(wù)。功能、模塊、子模塊和單元的每一部分都是樹上的一個節(jié)點。每個功能都有自己的一個子目錄，該子目錄包含該功能下的各個應(yīng)用程序。

　　3工藝模型特點

　　爐外精煉的工藝模型分為通用模型、LHF模型、VD模型和TS模型。通用模型主要進(jìn)行合金材料目標(biāo)值計算；LHF、VD、TS模型主要是進(jìn)行能量平衡計算，設(shè)定值計算，處理時間計算。

　　合金材料目標(biāo)值計算PGMC

　　本程序計算達(dá)到計劃鋼種成分目標(biāo)值添加的合金材料量，它由PGMCAI、PGMCOI、PGMCDS 3個子程序組成。

　　(1)合金化操作指令PGMCAI

　　本程序使用單純型法計算，以實際鋼種成分為基礎(chǔ)，確定達(dá)到要求成分的合金材料***經(jīng)濟(jì)的組合。每當(dāng)從化驗室得到新的成分分析數(shù)據(jù)時自動啟動本程序。通過“合金化操作指令”對話，可以設(shè)定用以計算的輸入數(shù)據(jù)以及顯示計算結(jié)果。本程序計算結(jié)果為

　　.所選合金材料(材料代碼、材料說明、每處添加重量、總重)；

　　.所選合金材料總溫度損失；

　　.所選合金材料總價；

　　.***終鋼水成分；

　　.***終鋼水重量。

　　(2)脫氧操作指令PGMCOI

　　根據(jù)鋼水中氧的實際含量和目標(biāo)值，以及鋼水溫度，通過反應(yīng)的平衡狀態(tài)計算出用于脫氧的鋁的重量。

　　(3)脫硫操作指令PGMCDS

　　計算用于脫硫和覆蓋鋼水頂渣所需的石灰和螢石的重量。

　　LHF工藝模型PL

　　本模型計算一爐鋼水的能量平衡，確定鋼水調(diào)整溫度和化學(xué)成分的設(shè)定值，計算處理時間。

　　模型總的處理過程分為準(zhǔn)備階段和調(diào)整階段，處理步驟分為加熱、脫氧、脫硫、合金化。

　　LHF的能量平衡計算公式概括為

　　鋼包內(nèi)總能量＝鋼包到達(dá)時的能量＋能量總輸入－能量總損失－測溫引起能量變化－加料引起的能量變化

　　計算時考慮下列因素的影響：

　　輸入電能；輸入電能中損失的能量；水冷爐蓋的能量損失；表面幅射的能量損失；攪拌引起的能量損失；添加材料引起的能量輸入／損失。

　　計算在程序中分為預(yù)測計算，動態(tài)計算和非周期性計算。

　　(1)預(yù)測計算PLPC

　　預(yù)測計算的目的是提前確定在本站的處理持續(xù)時間和消耗量，用它來核實鋼的化學(xué)成分和溫度達(dá)到目標(biāo)值的可能性，以及所要求的鋼包到達(dá)連鑄機(jī)的時間。預(yù)測計算的輸入數(shù)據(jù)為各種目標(biāo)值和實際測量值。在得到測溫數(shù)據(jù)和以實際分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的合金化操作指令時，在鋼包到達(dá)后完成******預(yù)測計算。在測溫、有新的合金化操作指令、要求鋼包到達(dá)連鑄機(jī)時間改變、手動啟動等事件發(fā)生時會重新開始預(yù)測計算。預(yù)測計算通過調(diào)用PLPCEC(能量平衡計算)、PLPCPS(過程控制設(shè)定值計算)和PLPCTT(處理時間計算)3個子程序來進(jìn)行。

　　(2)動態(tài)計算PLDC

　　動態(tài)計算使用來自工藝過程的周期性輸入數(shù)據(jù)，也使用一些預(yù)測計算和非周期性計算結(jié)果，周期地進(jìn)行計算。當(dāng)初始計算完成時，它做第1次計算。動態(tài)計算通過調(diào)用下列3個子程序來進(jìn)行。

　　-能量平衡計算PLDCEC

　　本程序周期性地計算一爐鋼的能量平衡，根據(jù)能量平衡計算鋼水實際溫度。

　　-剩余處理時間計算PLDCTT

　　依據(jù)能量平穩(wěn)狀態(tài)和過程目標(biāo)值，周期性計算剩余的處理時間。

　　-過程控制設(shè)定值計算PLDCPS

　　計算電壓抽頭級。

　　(3)非周期性計算PLAC

　　非周期性計算是估算某些生產(chǎn)事件發(fā)生后的工藝過程值。本程序在下列生產(chǎn)事件發(fā)生時進(jìn)行計算：定氧；測溫；接收到鋼水成分；添加合金材料；開始人工操作。本程序完成的計算項目有：初始計算；取樣后鋼水成分修改；定氧后氧濃度修改；測溫后溫度修改；添加合金材料后鋼水重量修改；添加合金材料后鋼水成分修改；添加合金材料后鋼水渣量修改。非周期性計算通過調(diào)用PLACSC(初始計算)和PLACTA(溫度、成分和重量修改)兩個子程序進(jìn)行。

　　VD模型和TS模型

　　VD模型和TS模型與LHF工藝模型比較，因各工位處理過程不******相同，發(fā)生的生產(chǎn)事件和添加物料也有所不同，但模型的計算原理和方法是一樣的，這里不再重復(fù)。