[b]1 引言 [/b] 萊鋼銀山前區(qū)1#80噸轉(zhuǎn)爐自動化控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)爐本體、汽化冷卻、散狀料上料、鐵合金上料、循環(huán)水泵站、干法除塵、煤氣回收總共七個子系統(tǒng)。每套子系統(tǒng)用一套SIMATIC S7-400系列PLC進行控制，PLC與PLC、PLC與HMI之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，PLC與現(xiàn)場分布式I/O、變頻器之間采用PROFIBUS-DP總線進行通訊和控制。二級系統(tǒng)完成對轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的管理任務(wù)，及時下達煉鋼的計劃和命令。 2 系統(tǒng)組成 2． 1 轉(zhuǎn)爐控制概述 萊鋼銀山前區(qū)1#80噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)線設(shè)計能力為80萬噸/年，其自動化控制水平的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐的智能自動控制，對降低能耗，提高產(chǎn)品合格率，減輕工人的勞動強度具有重要作用。 煉鋼生產(chǎn)線主要控制散狀料、鐵合金的稱量和添加，轉(zhuǎn)爐爐體的傾動、氧槍的升降、煉鋼介質(zhì)的應(yīng)用，循環(huán)水的循環(huán)、冷卻、凈化，及煉鋼煙氣的吸收、冷卻、除塵、加壓儲存。 散狀料從地下受料倉到高位料倉稱散狀料上料系統(tǒng)；從高位料倉到匯總斗進入轉(zhuǎn)爐，稱散狀料加料系統(tǒng)。每座轉(zhuǎn)爐散狀料加料系統(tǒng)共有10個高位料倉，每個貯料倉下配有一個振動給料機，該系統(tǒng)還有三個稱量斗，兩個匯總斗（帶稱量）。散狀料重量由稱量斗稱量，散狀料需要量可由計算機根據(jù)煉鋼原料條件給出或人工設(shè)定。 當轉(zhuǎn)爐氧槍下降、吹氧開始時，散狀料加入第一批料信號，并進行第二坯料的稱量；當吹氧量達到預(yù)設(shè)定氧量的（30-40%）時，作為第二批散狀料的加入信號。按自動按鈕，自動成批地加入各種散狀原料。 鐵合金上料共設(shè)高位料倉20個、稱量斗6個。鐵合金料經(jīng)過烘烤后，根據(jù)設(shè)定值進行稱量，鐵合金料稱量后根據(jù)生產(chǎn)情況加入轉(zhuǎn)爐。 轉(zhuǎn)爐本體主要通過爐體的傾動實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐的兌鐵水、加廢鋼、出鋼、出渣，氧槍升降、氧槍橫移實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐吹氧煉鋼、吹氮濺渣護爐，根據(jù)轉(zhuǎn)爐傾動角度實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐傾動快速、慢速、正反轉(zhuǎn)。實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐傾動的轉(zhuǎn)矩自平衡功能、煉鋼介質(zhì)安全參數(shù)故障時的氧槍自動飛槍功能。 余熱鍋爐汽化冷卻系統(tǒng)主要控制蓄熱器補水閥、低壓強制循環(huán)泵、中壓強制循環(huán)泵、除氧水箱緊急放水閥、加藥泵、溶液攪拌器等設(shè)備。實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼水介質(zhì)的循環(huán)、冷卻、凈化功能。 循環(huán)水實現(xiàn)整個轉(zhuǎn)爐區(qū)域、連鑄區(qū)域的循環(huán)水供應(yīng)。 干法除塵控制主要根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉情況，調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐煙塵的吸入量，調(diào)節(jié)水閥控制蒸發(fā)冷卻器的溫度，控制靜電除塵器靜電除塵，控制粗灰輸送系統(tǒng)、細灰輸送系統(tǒng)，煤氣冷卻器冷卻回收后的煤氣；通過控制煤氣加壓機連鎖運行，控制加壓機前后調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)煤氣的加壓儲存，滿足煤氣吸收和供氣的生產(chǎn)要求。 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工控機平臺之上的開放式系統(tǒng)；S7-400是模塊化大型PLC系統(tǒng)，采用標準的以太網(wǎng)通訊。DELL工控機采用主頻為2.5GHz的pentiumⅣCPU，512MB SDRAM 內(nèi)存，80GB UltraSCSI 接口硬盤。 S7-400控制器和工控機采用以太網(wǎng)通訊，通訊速率為100Mbps，使用多模光纖連接。 轉(zhuǎn)爐本體、汽化冷卻、散狀料上料、鐵合金上料、循環(huán)水泵站、干法除塵、煤氣回收七個站（每個站包括電源模塊、1個CPU、1個CP443通訊接口模塊和數(shù)量不等的模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出模塊）采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通訊,客戶機和冗余服務(wù)器結(jié)構(gòu),共有兩臺服務(wù)器,11臺客戶機,8臺變頻器，變頻器與控制器采用PROFIBUS-DP通訊。（如圖1） [b]3 自動控制系統(tǒng)控制方式和控制難點： [/b] 3.1 工程師站 基于SIMATIC STEP7編程軟件的工程師站，完成7個PLC站系統(tǒng)的硬件組態(tài)、地址和站址的分配以及用戶程序的設(shè)計開發(fā)和調(diào)試工作。程序設(shè)計采用模塊化、結(jié)構(gòu)化編程，應(yīng)用OB、FC、FB塊和相關(guān)數(shù)據(jù)塊DB組成整個控制系統(tǒng)，并且在軟件設(shè)計中采用了抗干擾措施。 3.2 操作員站 操作員站作為整個系統(tǒng)的人機界面，采用通用工業(yè)PC，配置SIMATIC WinCC畫面組態(tài)監(jiān)控軟件，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的過程監(jiān)控。WinCC能實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)動態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定、操作控制等功能，并具有過程信息歸檔、報警信息順序顯示、報表打印等功能，具有很強的實時行。 3.3 主要控制難點 1）爐體傾動 轉(zhuǎn)爐本體PLC站主要完成爐前的爐門動作和爐體的傾動操作，爐后傾爐和出鋼鋼包車、出渣渣車操作，煙罩的升降操作和冷卻水流量、壓力聯(lián)所控制，氧槍的升降操作和氧槍定位及冷卻水流量壓力聯(lián)鎖控制，氧槍橫移換槍操作，上料稱重和進料操作，并完成轉(zhuǎn)爐水冷煙罩、水冷爐壁、水冷氧槍等水冷系統(tǒng)48個測溫點溫度變化的實施數(shù)據(jù)采集以及冷卻水系統(tǒng)壓力、流量等實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)視和超限及事故報警。通過以太網(wǎng)實現(xiàn)PLC和操作站之間的實時數(shù)據(jù)傳送，由人機界面完成生產(chǎn)過程監(jiān)控。 其中，四臺轉(zhuǎn)爐傾動電機的負荷平衡是該項目中技術(shù)難度最大的課題，要求必須做到高速響應(yīng)、高控制精度、高安全可靠性能。設(shè)計采用的傳動控制裝置是西門子全交流MASTERDRIVE 6SE70系列變頻器產(chǎn)品，配合西門子公司的PLC、PROFIBUS-DP和SIMO-LINK通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建起高性能的傳動系統(tǒng)，充分發(fā)揮出西門子產(chǎn)品多功能、高性能的特點，較好地解決了技術(shù)難題，同時，大大提高了轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 轉(zhuǎn)爐傾動分2地操作，爐前主操作室和爐后操作室，2處操作只能有一處在主操作室設(shè)有指令轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)爐傾動操作有快速、慢速、正反轉(zhuǎn)及其信號顯示和爐子傾角顯示。 轉(zhuǎn)爐傾動速度為0.12r/min～0.998r/min，轉(zhuǎn)爐為全正力矩操作，最大傾動力矩：240噸·米。 2）氧槍定位 氧槍系統(tǒng)為雙小車雙卷揚系統(tǒng)裝置，一套工作，一套備用。氧槍升降是采用交流電機驅(qū)動、變頻調(diào)速。氧槍升降速度為快速40m/min，慢速５m/min。斷電時，用氣動馬達提槍。CRT可顯示氧槍實際槍位，可通過計算機鍵盤控制槍位。氧槍槍位控制分自動和手動兩種方式，自動方式為PLC，自動按設(shè)定槍位自動進行，手動方式，在自動方式出故障時，使用設(shè)在操作臺上的指令轉(zhuǎn)換開關(guān)進行操作。 氧槍接到下槍指令后由等待位（+16.00m）快速下槍，下至開氧點（+14.20m）氧氣快速切斷閥自動打開供氧。下降至變速點（+12.20m）變?yōu)榈退伲敝料陆抵链禑掽c止.30～10.00m）。氧槍接到提槍指令后，快速提槍，提至關(guān)閉氧點（+12.20m）氧氣切斷閥自動關(guān)閉，停止供氧，快速提升到變速點（+15.30m）、慢速提升至等待位（+16.00m）停止提升。 氧槍接到更換上升指令由等待位（+16.00m）快速提槍至變速點（+21.00m），變慢速至換槍位（+24.9m），氧槍自動更換后，按下槍指令由換槍位慢速下降至變速點（+21.00m）、快速下降至變速點（+16.50m）慢速下降至等待位（+16.00m），停止下槍。 氧槍單支卷揚鋼絲繩張力≥6噸時，自動聯(lián)鎖停槍。 飛槍后，氧槍升降和爐體傾動均被鎖定，需轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)或手動定位，才可動槍，爐傾需解除聯(lián)鎖方可動爐。待飛槍條件消失后，可點擊飛槍解鎖按鈕恢復(fù)聯(lián)動操作。 4 主要技術(shù)和功能 4．1 多客戶機技術(shù) 多客戶機結(jié)構(gòu)允許一個客戶機訪問多個服務(wù)器的數(shù)據(jù)；也允許多個客戶機同時訪問若干個服務(wù)器。操作可同時完成，項目數(shù)據(jù)、過程變量、存檔數(shù)據(jù)、報警和消息均從多客戶機的服務(wù)器獲得。這樣數(shù)據(jù)可以分布在若干服務(wù)器上，多客戶機都通過一個公共操作進行訪問，從而提高系統(tǒng)的可用性。 4．2 冗余服務(wù)器技術(shù) 冗余度選件能使二個冗余的WinCC服務(wù)器同時運行，以保證連續(xù)的過程和操作員控制。如果兩個站中的一個發(fā)生故障，另一個就接替報表傳送和過程值的歸檔。當故障站恢復(fù)運行后，在該站不工作時所采集的全部過程值檔案和報文都復(fù)制到現(xiàn)在恢復(fù)運行的站上。從而再一次可同時運行二個相同的WinCC 站。用這種概念來配置冗余管理下的所有過程值檔案和報文，從而保證了數(shù)據(jù)完整性。在客戶機/ 服務(wù)器方式，客戶機自動地從故障的服務(wù)器切換到冗余的配合站。在短暫的切換周期后，所有運行的站又繼續(xù)工作。為了簡化配置，可使用項目復(fù)制器，它將所有配置數(shù)據(jù)復(fù)制到配合站，并相應(yīng)地加以匹配。 4．3 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù) 控制器與變頻器的通訊采用PROFIBUS-DP,PROFIBUS 現(xiàn)場總線是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)，主要包括最高波特率可達12M 的高速總線PROFIBUS - DP（H2）和用于過程控制的本安型低速總線PROFIBUS - PA（H1）。DP 和PA 的完美結(jié)合使得PROFIBUS 現(xiàn)場總線在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場總線。用一對雙絞線替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜，大量節(jié)省了電纜的費用，減少了故障率。 4．4 以太環(huán)網(wǎng)通訊技術(shù) S7-400控制器和DELL工控機采用以太環(huán)網(wǎng)，通訊速率為100Mbps，使用多模光纖連接。所有的控制器都連接到以太環(huán)網(wǎng)上，環(huán)網(wǎng)在現(xiàn)場的走向形成一個環(huán)，由于某種原因環(huán)網(wǎng)上某個點斷開，控制器可通過另個方向?qū)崿F(xiàn)通訊，不會影響系統(tǒng)的正常運行。 [b]5 結(jié)束語 [/b] 系統(tǒng)投運至今運行穩(wěn)定可靠，高性能、高可靠性、體積小、價格低、具有強大的運算功能、易于實現(xiàn)復(fù)雜控制功能等優(yōu)點的計算機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，有效提高了產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量，節(jié)約了大量的電能和水資源，減少了環(huán)境污染，提高設(shè)備使用壽命，降低工人勞動強度，改善了操作環(huán)境。 參 考 文 獻 1 李樂亭，王洪才．鋼鐵企業(yè)過程檢測和控制自動化設(shè)計手冊．北京：冶金工業(yè)出版社出版，2000． 2 王常力，廖道文．集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[M] ．北京：清華大學(xué)出版社出版，1993． 編輯：何世平