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太鋼一鋼廠電爐計算機控制系統

太鋼一鋼廠電爐計算機控制系統

2001/12/6 17:30:00
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。
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