基于PLC的炼钢厂转炉自动化控制系统

摘要：自动化控制在较大的转炉炼钢中得到广泛应用。文章介绍了转炉PLC控制系统、转炉系统通讯网络以及ABB变频器的应用。该转炉自动化控制系统完成了上位机监控、操作及数据采集功能，系统画面人性化，操作直观方便，所有设备工作状态在上位机都有显示，易于维护。

关键词：转炉 PLC 光纤环网 ABB变频器

中图分类号:TP27 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0017-01

转炉炼钢冶炼过程控制方式包括：经验控制、静态控制、动态控制和全自动吹炼控制。目前我国中小型转炉中相当多的仍采用经验控制的方式进行炼钢生产，这种炼钢控制方式误差大，控制精度低，效率低。因此，目前较大容积的转炉炼钢在不同程度上均采用自动控制。本文对转炉炼钢的自动化控制系统作一简单介绍。本转炉自动控制系统包括转炉本体、散装料、一次除尘(oG 法)、吹氩站、循环水泵房、炉后铁合金、二次除尘、混铁炉除尘、三万气柜、VD炉水处理等。

1、转炉炼钢工艺介绍

冶炼散装料通过四条胶带机从低位料仓将转炉炼钢所要加入的配料(石灰石、焦炭等)送到转炉的炉顶料仓；转炉本体是整个转炉系统的核心部分，主要是对转炉吹氧炼钢，吹炼到1700℃时向炉后的钢包出钢水，再向转炉吹氮，溅渣护炉，然后向炉前出渣；钢水倒入钢包后，通过吹氩站时对钢包的钢水顶吹氩或底吹氩(作用是将钢水搅匀，让钢水中炉渣浮在表层，保证连铸浇铸畅通)，向钢水中加入合金调节钢水成分；转炉的烟气主要通过两个除尘系统排出：一次除尘系统通过高压风机从转炉烟罩抽风，当转炉吹炼时，烟气不会溢出，而且转炉吹炼的烟气根据煤气成分分析，通过风机房阀组可以选择放散或者回收至煤气柜，二次除尘系统通过高压风机，抽出天车向转炉倒钢水时的烟气：循环水泵房通过泵组向整个炼钢厂供水。转炉部分主要是氧枪的冷却水；炉后铁合金系统是通过烘烤炉加工要向钢包加入的合金。

2、自动控制系统的构架

系统的构架思想是将比较集中的设备用一个PLC分站控制，若距离较近的采用PLC主机架扩展的方法(最多可扩展6个，扩展机架之间可达2米)；若是系统设各比较分散，则采用远程机架，构成一个分布式的控制系统，在主站上配置一个通讯模块，主站和远程站之间用GENIUS网线连接。

系统的主站用GE90．30系列PLC，分站用VERSAMAX， 主站和分站之问通过GENIUS总线通讯以及传输数据；各个分系统之间通过光纤连接，构成一个光纤环网，保证了数据交换的速度和可靠；转炉的氧枪、倾动以及钢包车、渣罐车控制均采用ABB变频器。

3、系统通讯网络

转炉CPU 模块是IC693CPU374，CPU374具有一个10／100M 的以太网卡(与CPU集成在一起)，二个RJ45接口(一个II)地址)。该CPU 支持以太网的广播方式通讯(EGD方式)，只需在CPU硬件配置时进行简单的发送与接收设置即可。

4、ABB变频器

转炉的氧枪、倾动以及钢包车(渣罐车)的控制均采用ABB 变频器(ACSS00系列)。ABB变频器的核心技术是真接转矩控制(DTC)。DTC控制对交流传动来说是～个最优的电机控制方法，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制，DTC控制是交流传动领域电机控制方式的一次革命，它从零速开始不使用电机轴上的脉冲码盘反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制变频器的控制思想：上位机在收到变频器‘准各好’信号后，可以通过PLC发出相应的启动命令，当传动装置动作后，变频器就可以将设备的运行状态信号返回到PLC，并且显示在上位机上，控制原理如图所示。

由于氧枪、倾动和钢包车(渣罐车)变频器在用途上的不同，所以参数设置也有相应的差别，关键是三种不同应用场合所对应变频器选择的应用宏不同，氧枪的升降控制要求采用提升宏(CRANE CONTROL)，转炉的倾动控制要求采用转矩宏(T-CTRL)，钢包车(渣罐车)的前后控制要求采用工厂宏(FACTORY CONTROL)。由于转炉的倾动控制采用了四台变频器拖动四台电机的方式， 采用主，从(MASTERJFOLLO、ⅣER)控制方式最合理。四台变频器用光纤连接构成一个环网，为每台变频器设置两套不同的参数(一套主参数、一套从参数)，主机采用速度(SPEED)控制，从机采用转矩(TORQUE)控制，分别保存在两个用户(USERI、USER2)中以供调用。将其中一台变频器调用主参数USER1，其他三台调用从参数USER2，此时，当三台从机中有一台或者两台发生故障时，倾动系统还可以正常运行；若是主机发生故障，就必须在上位机进行四台变频器的主／从参数切换，将其中一台从机切换成主机，以保证系统正常运行。

5、结语

该系统现场调试时，在变频器送电以前，必须对照变频器硬件接线手册，核查接线：PLC系统开通上电也一样，特别要注意UPLC模块的电源，要对照模块接线图，要区分开AC220V与DC24V，不能串线，否则导致烧断熔断丝或者烧坏模块，造成严重的后果。该转炉自动化控制系统上位机画面通过CIMPLICITY6．1编制，完成了上位机监控、操作及数据采集功能，系统画面人性化，操作直观方便，所有设备工作状态在上位机都有显示，易于维护。

参考文献

[1]曲永印,曲丽萍,樊生文.炼钢自动化系统的研究与实现[J].控制工程,2002.04.

[2]钟肇新,彭侃.可编程序控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,1992.

[3]李乐亭,王洪才.钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册[M].北京:冶金工业出版社出版,2000.

[4]贺道中.低碳低硅钢的冶炼实践研究[J].钢铁研究,2001.06.

作者简介

刘守斌(1980-)，男，山东菏泽人，毕业于济南机械职工大学机电工程系。现为日照钢铁有限公司第一炼钢厂维修车间副主任，工程师。参与公司110KV变电站、一、二炼钢10KV变电站、炼钢电气、自动控制系统建设等，主要从事冶金系统的高、低压设备、自动化、仪表系统的维护维修工作。