本文作者孫海燕女士，太鋼第一煉鋼廠工程師；溫芙蓉女士，工程師；樊力先生，太鋼自動化所工程師。 關鍵詞：PLC　WinCC　計算機控制 一 引言 太鋼一鋼廠“平改電”工程經過兩年多緊張的準備、設計、施工和調試后，其電爐系統已于2000年1月正式投產。 該電爐由太鋼二鋼廠于20世紀60年代末引進的Aesa公司的50t電爐改造而成。電爐設備主要由以下部分組成：爐體、水冷爐蓋、傾動機構、電極升降機構、爐蓋提升旋轉機構、大電流線路、維修裝置、加料裝置、水冷裝置、氣動系統、液壓系統等。 該電爐系統的電氣控制采用電控、儀控及計算機控制三電一體化，計算機控制系統由2臺操作員站、3臺可編程控制器和5個遠程I/O站組成。系統涉及開關量輸入輸出點800多個、模擬量輸入輸出40多路，通過Siemens公司的Profibus現場總線實現數據傳遞。 二 工藝及控制功能簡介 電爐是冶金生產的初始環節，目的是將廢鋼和鐵水煉成鋼水，供給生產的下一環節——精煉爐。電爐生產的好壞對產品的產量、質量和成本都有直接的影響。其工藝及控制功能如圖1所示。 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，鋼水由出鋼車運輸至下一環節。熔煉過程中，爐壁與爐蓋通過水冷方式降溫，爐蓋、爐體以及電極等設備的各種動作均通過液壓驅動實現。 在自動控制方面，冷卻水控制、液壓控制、電極弧流的調節、碳氧槍的控制、油氧燒嘴的控制、數據的傳輸，以及溫度、流量等信號的采集與處理，均為電爐生產的重要環節。本系統能對上述環節的有關參量進行檢測、控制、運算、顯示、報警及記錄。 三 計算機系統控制方式 整個電爐的計算機控制系統采用Siemens公司的S7-300可編程控制器，它通過開放的、標準化的Profibus-DP現場總線連接各個部件，構成分布式分散控制系統，對現場的控制部件實行在線調試、診斷。它還通過Profibus-S7網絡與上位機實現數據共享，使交流電弧爐和鋼包精煉爐有機地組成一個整體，實現煉鋼自動化。 控制方式為全線PLC程序控制，實現順控、邏輯控制、聯動和聯鎖，以及信號傳輸、報警和數據采集等，必要時人工(通過按鈕或旋轉開關)參與緊急處理甚至停機。PLC作為全線樞紐，必需具備如下特性： (1)實現無接點控制，減少繼電器接觸系統頻繁出現接觸不良故障。 (2)可方便地實現邏輯控制、數字運算。 (3)擁有大存儲量的內、外存儲器，能建立生產過程的多種數據庫。 (4)編程較容易，能用多種方式編程。 (5)能與上位機聯網，以及完成與各控制單元之間的通信，實現自動化控制與管理。 (6)可靠性高，具有故障自診斷的能力。 (7)可按裝置要求選擇標準模塊進行組合。 (8)抗干擾能力強，有多種屏蔽和聯鎖措施，適合在電爐的強磁場條件下工作。 綜上所述，在控制復雜、數據處理量大的電控系統中，使用大型PLC實現其控制任務，在控制精確度、安全性、維護量以及性能價格比方面都是首選方案。 四 計算機系統構成 計算機系統主要由兩臺操作員站OS1、OS2，3臺S7-300可編程控制器AS1、AS2、AS3，Profibus-S7及Profibus-DP網，檢測及執行元器件組成，并由5臺ET200接收主操作室PLC主機的輸出控制信號，使現場布線簡單化。計算機系統的構成如圖2所示。 1. 操作員站 操作員站作為系統的人機界面，通過WinCC實現與下位機的對話，通過Profibus-S7網對系統進行實時監控。本系統選用臺灣研華公司生產的ADVANTECH 610工業型計算機及Siemens網絡通信卡CP-5412實現與PLC的數據共享。 2. PLC 系統采用3臺Siemens公司的S7-300可編程控制器AS1、AS2、AS3實現對電爐的基本控制，其配置主要有主機架、擴展機架、電源、CPU、接口模塊、通信模塊，以及數字量和模擬量輸入/輸出模塊等。 a. AS1(S7-315-2DP)用于實現爐體的基本控制，設置以下Profibus-DP遠程控制 (1)ET200M-1：液壓泵站的控制； (2)ET200M-2：液壓閥臺的控制； (3)ET200M-3：爐前操作的控制； (4)ET200M-4：爐后操作的控制； (5)ET200M-5：碳氧槍操作的控制。 b. AS2(S7-315)用于實現電極系統的調節 電極調節是電爐煉鋼的關鍵所在，由一臺S7-300獨自組成電弧爐的一個自動控制系統，完成對電弧爐內弧電流及電壓的調節，系統中另設計一套手動控制系統，在非正常情況下，可脫機手動對電極進行人工升降操作。 電極調節控制系統根據變壓器電壓檔自動設置輸入爐內的弧流，如表所示。 當系統運行時，高壓閘合閘后冶煉開始，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、弧流指示信號和電耗以及三相電流、電壓、功率的歷史曲線指示畫面的數據均取自電極調節器控制系統，當后者停止運行時，則上述畫面皆為零。 PLC電極調節器數字控制系統和OPA電極調節器模擬系統共用一套伺服電流放大電路，以及一套三相弧流、弧壓信號的數據采樣和信號轉換電路，三相弧流、弧壓信號的采樣和轉換的速率及精確度將直接影響系統的控制效果。 c. AS3(S7-315)完成油氧燒嘴的控制 AS3通過對軟瀝青、蒸汽、氧氣的流量、壓力、溫度等的控制，來提高鋼液的升溫速度和控制鋼水溫度，從而縮短冶煉時間，提高產品質量。 3.Profibus-S7及Profibus-DP網 Profibus-S7網由同軸電纜及收發器組成。 采用通信處理模塊CP342-5和通信卡CP-541以方便地實現S7-300與操作員站及網絡的通信。 4. 檢測及執行元器件 本系統的檢測和執行元器件包括測溫與測壓儀表、電磁流量計、電流互感器與電磁閥等。 五 應用軟件的選擇 1. WinCC組態軟件及應用 本系統操作員站由通用工業PC、PC操作系統，配置通用工控組態軟件組成。通用工控組態軟件選用Siemens公司的Windows Control Center。該軟件以Windows為軟件平臺，全面開放。 WinCC可將過程或生產中發生的事件清楚地記錄、顯示出來，完成參數設定、操作控制和動態畫面監視的功能。它顯示當前狀態并按順序記錄，所記錄的數據可以全部或有選擇地簡要顯示，亦可編輯、輸出。WinCC提供各種功能塊實現以上功能，可結合用戶程序進行信息處理、測量值處理和報表打印。運行時，它具有很強的實時性。 2. 控制系統應用程序 本控制系統的PLC程序是基于Siemens編程軟件平臺STEP7設計開發而成，程序設計采用結構化編程，應用OB、FB、FC塊及相關數據塊DB組成對整臺電爐的自動控制程序。 STEP7在線調試直觀、便捷，可用梯形圖(LD)、功能塊圖(FBD)，或語句表(STL)方式編程。 六 結束語 改造后的50t電爐已在太鋼第一煉鋼廠正式投運，自動化水平高、運行穩定、操作簡便、故障率低、維修量小，達到國內先進水平。 計算機過程控制與工藝上新技術的運用，大大縮短了冶煉時間，降低了噸鋼消耗，取得了良好的經濟效益。