1、引言
一鋼廠“平改電”工程經(jīng)過兩年多緊張的準(zhǔn)備、設(shè)計、施工和調(diào)試后，其電爐系統(tǒng)己于2000年1月正式投產(chǎn)。
該電爐由太鋼二鋼廠60年代末引進(jìn)的AESA公司的50t電爐改造而成。其基本工藝為爐蓋旋開頂裝料，偏心底出鋼。電爐設(shè)備主要
由以下部分組成；爐體、水冷爐蓋、傾動機(jī)構(gòu)、電極升降機(jī)構(gòu)、爐蓋提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大電流線路、維修裝置、加料裝置、水冷、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。
其電氣控制采用電控、儀控及計算機(jī)控制三電一體考慮，計算機(jī)控制系統(tǒng)由操作員站、三臺可編程控制器和五個遠(yuǎn)程I/O站組成。涉及開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)800多個、模擬量輸入輸出40多路，通過Siemens profibus網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)傳遞。
2、工藝及控制功能簡介
電爐是冶金生產(chǎn)的初始環(huán)節(jié)，目的是將廢鋼和鐵水煉成鋼水，供給生產(chǎn)的下環(huán)節(jié)——精煉爐，電爐對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和成本都有直接的影響。其工藝及控制功能見圖1；
該電爐裝料方式為爐蓋旋開式頂裝料，裝料過程完畢后，下降電極，利用電極與爐料之間產(chǎn)生的電弧熔煉爐料，熔煉中可通過爐門吹氧或加料以加溫和改善鋼水成分，出鋼時，傾動爐體，利用偏心底出鋼，鋼水由出鋼車運(yùn)輸至下一環(huán)節(jié)。熔煉過程中，爐壁與爐蓋通過水冷方式降溫，爐蓋、爐體以及電極等的各種動作均通過液壓實(shí)現(xiàn)。
自動控制方面，冷卻水控制、液壓控制、電極弧流的調(diào)節(jié)、碳氧槍的控制、油氧燒嘴的控制、數(shù)據(jù)的傳輸以及溫度、流量等信號的采集與處理均為電爐生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)就是對上述參量進(jìn)行檢測、控制、運(yùn)算、顯示、報警及記錄。
3、計算機(jī)系統(tǒng)控制方式
整個電爐的計算機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子公司的S7-300可編程序控制器，它通過二個開放的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接各個部件，構(gòu)成分布式集散控制系統(tǒng)，對現(xiàn)場的控制部件實(shí)行在線調(diào)試、診斷。通過PROFIBUS-S7網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使交流電弧和鋼包精煉爐有機(jī)的組成一個整體，實(shí)現(xiàn)煉鋼自動化。
控制方式為全線PLC程序控制，實(shí)現(xiàn)順控、邏輯控制、聯(lián)動和聯(lián)鎖，以及信號傳輸、報警和數(shù)據(jù)采集等，必要時人工（通過按鈕或旋轉(zhuǎn)開關(guān)）參與緊急處置以至停機(jī)。PLC作為全線樞紐，必需具備如下的優(yōu)點(diǎn)；
·實(shí)現(xiàn)無接點(diǎn)控制，減少繼電器接觸系絞頻繁出現(xiàn)的接觸不良故障。
·可方便的實(shí)現(xiàn)邏輯控制、數(shù)字運(yùn)算。
·擁有大存儲量的內(nèi)、外存儲器，能建立生產(chǎn)過程的多種數(shù)據(jù)庫。
·編程較容易，能用多種方式編程。
·能與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)和完成與各控制單元之間的通訊，實(shí)現(xiàn)自動化控制與管理。
·可靠性高，具有故障自診斷的能力。
·可按裝置要求選擇標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行組合。
·抗干擾能力強(qiáng)，有多種屏蔽和聯(lián)鎖措施，適合在電爐強(qiáng)磁場條件下工作。
綜上所述，在控制復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量大的電控系統(tǒng)中，使用大型PLC實(shí)現(xiàn)其控制任務(wù)，在控制精度、安全性、維護(hù)量以及性能價格比方面都是首選方案。
4、計算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成
計算機(jī)系統(tǒng)主要由操作員站OS1、OS2，三臺S7-300PLC可編程控制器AS1、ASLAS3，SIEMENS PROFIBUS-S7及PROFIBUS-DP網(wǎng)、檢測及執(zhí)行元器件組成，并用五臺ET200接收主操作室PLC主機(jī)的輸出控制信號，使現(xiàn)場布線簡單化。計算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成見圖2。
4.1操作員站
操作員站作為系統(tǒng)的人機(jī)界面，通過WinCC實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的對話，通過PROFIBUS-S7網(wǎng)對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。本系統(tǒng)選用臺灣研華公司生產(chǎn)的ADVANTECH610工業(yè)型計算機(jī)及SIEMENS網(wǎng)絡(luò)通訊卡CP-5412實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)共享。
4.2PLC可編程控制器
系統(tǒng)采用三臺SIEMENS S7-300可編程控制器AS1、AS2、AS3實(shí)現(xiàn)對電爐的基礎(chǔ)控制，其配置主要有主機(jī)架、擴(kuò)展機(jī)架、電源、CPU、接口模塊、通訊模塊、以及數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊等。
4.2.1 AS1（S7-315-2DP）用于實(shí)現(xiàn)爐體的基本控制，設(shè)置以下PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程：
·ET200M-1；液壓泵站的控制
·ET200M-2；液壓閥臺的控制
·ET200M-3；爐前操作的控制
·ET200M-4；爐后操作的控制
·ET200M-5；碳氧槍操作的控制。
4.2.2 AS2（S7-315）用于實(shí)現(xiàn)電極系統(tǒng)的調(diào)節(jié)
電極調(diào)節(jié)是電爐煉鋼的關(guān)鍵所在，由一臺S7-300獨(dú)自組成電弧爐的一個自動控制系統(tǒng)，完成對電弧爐內(nèi)弧電流及電壓的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)中另設(shè)計有一套手動調(diào)節(jié)控制，在非正常情況下，可脫機(jī)手動對電極進(jìn)行人工升降操作。
電極調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)根據(jù)變壓器電壓檔自動設(shè)置輸入爐內(nèi)的弧流；
1——檔時電壓為32KA
7一一9檔時電壓為3OKA w
10一一11檔時電壓為28KA
l2——19檔時電壓為32KA
起弧控制；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時在高壓合閘后冶煉開始，三相電極自動下降，在任一相電極接觸到導(dǎo)電爐料時，該相電極自動停止下降，直至另一相電極起弧后第一相電極自動起弧。
操作員站主畫面的三相弧壓及弧流指示信號及電耗和三相電流，三相電壓及三相功率的歷史曲線指示畫面的數(shù)據(jù)均取自電極調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)，如果電極調(diào)，節(jié)器控制系統(tǒng)的運(yùn)行停止，則上述畫面皆為零。
PLC電極調(diào)節(jié)器數(shù)字控制系統(tǒng)和OPA電極調(diào)節(jié)器模擬系統(tǒng)共用一套伺服電流放大電路、一套三相弧流信號和三相弧壓信號的數(shù)據(jù)采樣和信號轉(zhuǎn)換電路，三相弧流信號和三相弧壓信號的采樣和轉(zhuǎn)換的速率及精度將直接影響系統(tǒng)的控制效果。
4.2.3 AS3（S7-315）完成油氧燒嘴的控制。
4.3 SIEMENS PROFlBUS-S7及PROF l BUS-DP網(wǎng)
SIEMENS PROFIBIJS-S7網(wǎng)由同軸電纜及收發(fā)器組成。
采用通訊處理模塊CP342-5和通訊卡CP-541以方便的實(shí)現(xiàn)S7-300與操作員站及網(wǎng)絡(luò)的通訊。
PROFIBUS-DP用于自動化系統(tǒng)與其外圍設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸率要求較高的場合，該網(wǎng)絡(luò)具有響應(yīng)時間短、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
4.4檢測及元器件
本系統(tǒng)的檢測和執(zhí)行元器件包括測溫、側(cè)壓、電磁流量計、電流互感器及電磁閥等。
5、應(yīng)用軟件的選擇
5.1 WinCC組態(tài)軟件及應(yīng)用
本系統(tǒng)操作員站由通用工業(yè)PC、PC操作系統(tǒng)，配上通用工控組態(tài)軟件組成。通用工控組態(tài)軟件選用西門子公司的Windows Control Center。該軟件以Windows為軟件平臺，是一個全面開放的軟件。
Wincc可將過程或生產(chǎn)中發(fā)生的事件清楚地記錄、顯示出來，完成參數(shù)設(shè)定、操作控制和動態(tài)畫面監(jiān)視的功能。它顯示當(dāng)前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部顯示或有選擇地簡要顯示，亦可編輯、輸出。Wincc提供各種功能塊用于以上功能，結(jié)合用戶程序進(jìn)行信息處理、測量值處理和報表打印。運(yùn)行時，具有很強(qiáng)的實(shí)時性。
5.2控制系統(tǒng)應(yīng)用程序
本控制系統(tǒng)的PLC程序基于SIEMENS公司編程軟件平臺STEP7設(shè)計開發(fā)而成，程序設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化編程，應(yīng)用OB塊、FB塊、FC塊及相關(guān)數(shù)據(jù)塊DB組成對整臺電爐的自動控制程序。
STEP7在線調(diào)試直觀、便捷，可用梯形圖（LAD）、功能塊（FBD）語句表（STL）方式編程。
6、結(jié)束語
改造后的50t電爐已在太鋼第一煉鋼廠正式投運(yùn)，自動化水平高、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡便、故障率低、緯修量小，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。
計算機(jī)過程控制與工藝上新技術(shù)的運(yùn)用大大地縮短了冶煉時間，降低了噸鋼消耗，取得了好的經(jīng)濟(jì)效益。
