转炉PLC系统的设计

摘要： 介绍了基于西门子PLC为基础的转炉自动化系统的设计应用，该控制系统稳定可靠、便于操作，为转炉生产创造了良好的经济价值。

Abstract: Design and application for converter automation system based on Siemens PLC is introduced in this paper. The automation system is convenient for operating, stable and reliable. The system also creates economic value for converter industry.

关键词： 转炉；西门子PLC；自动化控制

Key words: converter；Siemens PLC；automation

中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）18-0042-01

1概述

2010年我国钢产量为6.27亿吨，居世界第一位，生产这么多的钢，需要大量的能源和原料，在目前钢铁生产成本大幅度上升的压力下，节能降耗、高效高产显得尤为重要。国内外经验表明，采用先进的自动化控制系统是达到上述要求的有效方法。在转炉炼钢生产过程中，自动化已成为提高产量、保证钢水质量、降低消耗、改善操作和延长炉龄的重要手段，并取得了显著的经济效益。

2自动化系统构成

自动化控制系统从控制过程环节来分，可分成三部分：测控对象、监测控制及设置环节。测控对象是指氧枪、倾动装置等现场设备以及生产过程中的各种监测对象；监测控制部分包括变频器、电机、现场检测仪表、执行机构、阀门、PLC、监视器等等；设置环节主要由计算机程序来实现。监测控制及设置环节服务于测控对象。生产过程中由设置环节完成工艺参数极限位的设置和生产顺序的制定，由监测控制部分完成现场测量参数的收集、生产设备的控制及生产流程的计算机监视。

3转炉PLC系统设计

从工艺过程对控制的要求和需求分析得知，转炉炼钢生产要有准确的速度控制和位置控制，控制系统要求稳定可靠，故障率低。据此，本工程比较了几个厂家的产品，最后选用德国西门子公司的矢量控制变频器（SIMOVERT MASTER DRIVES）作为传动装置，实现速度控制；选用德国西门子公司SIMATIC S7系列可编程控制器（PLC）完成定位控制、顺序控制和逻辑控制。

3.1 PLC系统组成转炉PLC控制系统如图1所示，整个系统由工控机、S7-400 PLC站、S7-300 PLC站及变频控制柜等组成。各系统之间通讯通过工业以太网和Profibus网实现。

炼钢主控制室设两个PLC站，一个站负责转炉倾动、氧枪系统及散状料系统的配套设备的控制、数据采集和联锁控制；另一个站负责烟气净化系统及汽化冷却系统的配套设备的控制、数据采集和联锁控制。主控制室中设置两台上位机，实现对相应系统的实时监控。风机房控制室设一个PLC站，负责二次除尘系统及煤气回收的控制，控制室中设置一台上位机，实现实时监控。炼钢主控制室中的两个PLC站都选用S7-400，风机房控制室中的PLC站选用S7-300。

氧枪传动控制配置了两套西门子的矢量控制变频器，一用一备；转炉倾动的传动控制配置了四套西门子的矢量控制变频器，三用一备。为避免变频器高次谐波对网络产生干扰，工程设计中采用屏蔽电缆。

3.2 PLC系统控制内容转炉PLC系统设计按三电一体化综合考虑。PLC系统控制内容主要包括：转炉倾动位置检测、控制和联锁；氧枪系统检测、控制和联锁；供氧、供氮系统有关参数的检测及联锁；各种传动设备的控制及联锁；冶炼用原材料系统的检测、控制和联锁；冶炼过程中所需的各种数据检测、记录；汽化冷却系统的检测、控制和联锁；转炉烟气净化和煤气回收系统的检测、控制和联锁等等。

倾动部分：转炉倾动分三地操作，炉前主操作室和炉后机旁操作室及主操作室，设有指令转换开关，转炉倾动操作有快速、慢速、正反转及其信号显示和炉子倾角显示。

氧枪部分：氧枪系统为单小车双卷扬系统装置，一套工作，一套备用。氧枪升降是用交流电机驱动。断电时，用气动马达提枪。操作站可显示氧枪实际枪位，可通过计算机键盘式按钮控制枪位，冶炼过程中的待吹点、氧气开闭点、氧枪变速点，吹炼点均可人工设定，并可随时修正。

仪控部分：完成对各生产流程工艺参数的检测、调节、报警、控制功能。

3.3 监控系统监控系统采用西门子WinCC软件。工业监控组态软件WinCC（Windows Control Center）是一个集成的人机界面（HMI）系统和监控管理（SCADA）系统，它是结合西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能的产物。

生产过程的监控任务由操作站来完成，它是操作人员完成生产过程监控管理任务平台。操作站可实现生产过程的数据显示、流程图画面、报警画面、趋势曲线显示、历史数据存储、报表打印及整个过程管理的控制，通过人机对话，可修改设定值，也可直接操作控制设备的运行。根据系统要求，转炉系统主要组态画面包括：炼钢主画面、氧枪倾动合闸画面、仪表系统画面、配料系统画面、历史曲线画面、系统状态画面、报警一览画面、烟气净化画面、汽化冷却画面和供料系统画面。

通过各组态画面操作人员可方便地掌握各生产环节的运行状况。以炼钢主画面为例，主画面上主要包括内容：主令联锁信号、氧枪供电、倾动操作位置、炉置、氧枪操作、倾动电机、倾动操作等。通过炼钢主画面可以观察到转炉系统的整体运行情况。

4结束语

转炉自动化控制系统实现了过程参数的集中显示和管理，在现场的终端提供了友好的人机界面，包括工艺流程模拟、参数报警、趋势曲线等，实现了数据的集成，方便了人工的操作，使工人对现场设备运行情况有了直观、准确的了解。经实际运行证明，该控制系统稳定可靠、便于操作，为转炉生产创造了良好的经济价值。

参考文献：

[1]廖常初编著.S7-300/400PLC应用技术[M].机械工业出版社，2008年出版.

[2]蒋慎言，陈大纲编著.《炼钢生产自动化技术》[M].冶金工业出版社，2006年出版.