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行業(yè)解決方案

回轉爐自動(dòng)化系統

發(fā)布時(shí)間: 2022-04-23    作者:
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煉鋼廠(chǎng)回轉爐自動(dòng)化控制系統解決方案

  整個(gè)自動(dòng)化控制系統的配置達到當今國內**水平,電氣、儀表、計算機(EIC)控制一體化,具有方便、快捷和友好的人機操作界面(HMI),EIC網(wǎng)絡(luò )數據通訊一體化,具有高速、大容量和開(kāi)放的技術(shù)性能。

  1、 基礎自動(dòng)化

  轉爐基礎自動(dòng)化系統是實(shí)現轉爐系統控制的基礎,該系統主要包括HMI操作站、PLC、儀表、變頻器和現場(chǎng)控制箱等。各個(gè)組成部分通過(guò)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)和DeviceNet網(wǎng)連接,實(shí)現對轉爐系統的控制功能。

  1、1 控制系統結構及其特點(diǎn)

  控制站選用施奈德Quantum PLC系列,CPU選用140CPU系列中高性能的53414CPU,遠程站采用當前**的現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品(CRP系列模塊),編程軟件使用施奈德 Concept2.6。數據通訊網(wǎng)絡(luò )以德國赫斯曼工業(yè)型光纖交換機MICE系列為核心構成100M高速光纖環(huán)網(wǎng),各控制PLC通過(guò)NOE以太網(wǎng)絡(luò )通訊模塊和屏蔽5類(lèi)雙絞線(xiàn)連接到工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上,各站遠程操作箱,操作臺以及氧槍、傾動(dòng)、投料變頻器則通過(guò)DeviceNet網(wǎng)連接到其主PLC站上,操作站采用西門(mén)子工業(yè)計算機配Win2000+SP3操作系統,HMI監控軟件采用施耐德Monitor Pro 7.2,通過(guò)以太網(wǎng)卡、雙絞線(xiàn)與工業(yè)以太網(wǎng)相接。系統具有以下特點(diǎn):

  (1) 電氣、儀表和計算機系統采用網(wǎng)絡(luò )連接,實(shí)現EIC三電一體化。

  (2) 電氣和儀表采用相同的控制設備,編程及控制統一,且在同一網(wǎng)絡(luò )上,通訊方便,減少了通訊硬件接口,合理分擔控制功能;電氣和儀表采用相同的操作站,操作簡(jiǎn)化且統一,有利于穩定生產(chǎn)。

  (3) 遠程站

  現場(chǎng)操作箱、操作臺等遠程站采用工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品,極大地減少了設計工作量、電纜施工量等,各箱體通過(guò)DeviceNet網(wǎng)連接,提高了系統的可靠性和維護方便性。

  1、2 網(wǎng)絡(luò )系統及其特點(diǎn)

  轉爐自動(dòng)化系統中的數據通訊網(wǎng)絡(luò )是以德國赫斯曼工業(yè)型光纖交換機MICE系列為核心構成的100M高速光纖環(huán)網(wǎng)。

  赫斯曼MICE系列交換機采用靈活的構網(wǎng)方式,無(wú)論在控制柜或分散的現場(chǎng)操作箱內都可以結合各種功能達到特殊的要求。它采用無(wú)風(fēng)扇散熱方式,可以冗余供電,支持HIPER—Ring,達到了很高的可靠運行等級。模塊化結構是MICE的突出特點(diǎn)之一,它有一個(gè)交換機和若干個(gè)通訊介質(zhì)模塊組成,交換機包含除了網(wǎng)絡(luò )接口以外的所有工業(yè)交換機的功能,而介質(zhì)通訊模塊提供了網(wǎng)絡(luò )的接口功能。這一切可使你按照要求選用設備,避免了資金浪費,模塊化結構也為用戶(hù)的投資提供了保障。另外MICE網(wǎng)絡(luò )交換機提供多種方法管理網(wǎng)絡(luò )系統:a、通過(guò)V.24串行口連接進(jìn)入MICE提供的用戶(hù)界面;b、在網(wǎng)絡(luò )上的任意位置通過(guò)Web瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)MICE上提供的用戶(hù)友好界面;c、集中的使用SNMP管理軟件,如HiVision軟件,訪(fǎng)問(wèn)MICE上的SNMP代理機構。

  1、3 控制方式及特點(diǎn)

  轉爐PLC系統共有15套,按每轉爐、公用系統分開(kāi)的原則設置,以**一座轉爐檢修或故障情況下不影響其他轉爐正常運行。

  單體設備的基本運轉分為自動(dòng)、手動(dòng)兩種方式,操作場(chǎng)所分為**、現場(chǎng)兩種選擇。系統的運轉分為計算機、自動(dòng)、手動(dòng)三種方式,操作場(chǎng)所固定于**。在“計算機”方式下PLC接受L2級計算機模型數據并進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,包括氧氣流量、底吹氣體種類(lèi)及流量、氧槍高度、副原料種類(lèi)及重量;在“自動(dòng)”方式下,PLC根據內部保存的初設計劃模式自動(dòng)進(jìn)行煉鋼;在“手動(dòng)”方式下,PLC根據人工設定數據控制煉鋼生產(chǎn)。

  根據轉爐煉鋼的生產(chǎn)工藝特點(diǎn),**控制室操作站CRT的數量每爐配置3臺。在正常操作時(shí),3臺CRT分擔的監控內容有所區別,但在異常情況下可以互為備用,甚至用一臺CRT也可以完成吹煉作業(yè)。主要監控內容有頂底復吹、氧槍傾動(dòng)、副原料和鐵合金投料、氣化冷卻煙氣凈化、一次除塵、二次除塵等。在系統上料操作室、風(fēng)機房操作室和二次除塵操作室分別設立操作站,監視各自的設備。為安全起見(jiàn),防止誤操作,各轉爐操作站設計成專(zhuān)用形式,即本爐操作站只能操作本爐設備,不能控制其他轉爐設備,但公用設備除副原料上料系統外在各爐均可操作。

  設備的運轉操作及監視基本上通過(guò)主控室的操作站畫(huà)面完成,為了生產(chǎn)的安全性和方便性,設置了硬件操作臺,上面設有必要的操作開(kāi)關(guān)、操作按鈕、數據顯示及關(guān)鍵設備的緊急停止按鈕等。

  PLC軟件的開(kāi)發(fā)采用了模塊化的方式,在編程前規劃好PLC的內存和數據塊,劃分站間通訊數據區及HMI顯示數據區;不同類(lèi)型的程序采用不同的組織塊調用,吹煉時(shí)鐘、流量累加、PID調節采用定周期調用;根據工藝特點(diǎn),采用多種編程邏輯、如對過(guò)程級數據處理采用語(yǔ)句表編程,對底吹控制采用順序功能圖編程等;對操作數據進(jìn)行安全處理,如對設定數據的合理性檢驗、變化速率的約束等。

  在控制功能上,實(shí)現了“計算機”方式下的全程自動(dòng)化煉鋼,該系統具有以下主要功能和特點(diǎn):

  (1) 副原料、鐵合金上料的優(yōu)先順位控制。根據“料倉組合設定表”中規定的優(yōu)先順序輸送,而不是根據料空的順序輸送,以滿(mǎn)足轉爐工藝的控制要求。

  (2) 爐頂料倉的在庫量管理。根據爐頂料位計、料位開(kāi)關(guān)和上料皮帶秤信號計算爐頂料倉的在庫量,并對落差量進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。

  (3) 吹煉的狀態(tài)遷移控制。根據吹煉計劃表和現場(chǎng)設備狀態(tài)控制氧氣流量、底吹氣體種類(lèi)和流量、氧槍槍位、副槍測量、副原料種類(lèi)和投入量。

  (4) 汽包水位的自動(dòng)控制。根據吹煉時(shí)期對鍋爐汽包水位實(shí)行三沖量或單沖量調節。

  (5) 氧槍和傾動(dòng)系統采用交流傳動(dòng)控制,配置緊急后備電源。在緊急情況下,**設備的安全性。

  (6) 副槍系統也采用交流傳動(dòng)控制,配置緊急后備電源,數據處理采用DIRC-5計算機系統,具有測量、定碳、定氧,可使用TSO定氧探頭進(jìn)行液面的測量計算。

  2、電氣傳動(dòng)控制

  煉鋼系統是鋼鐵廠(chǎng)的中心環(huán)節,轉爐傾動(dòng)、氧槍升降電氣傳動(dòng)設備的控制有為重要,它與吹氧系統有著(zhù)**直接的聯(lián)系,電氣設備的控制速度與定位精度直接影響到冶煉周期和吹氧效率,因此如何控制轉爐傾動(dòng)設備以及如何自動(dòng)快速**地進(jìn)行氧槍、副槍位置控制成為提高鋼產(chǎn)量及質(zhì)量的關(guān)鍵。

  2、1轉爐傾動(dòng)裝置電氣傳動(dòng)及控制方式

  電氣傳動(dòng)一般可采用公共支流母線(xiàn)和單獨一對一傳動(dòng)兩種形式,而采用單獨一對一傳動(dòng)形式從調速性和可靠性等方面均具有優(yōu)越性。濟鋼三煉鋼1、2、3#轉爐采用的是單獨一對一傳動(dòng)控制方式,變頻器選用西門(mén)子SIMOVERT MASTERDRIVERS 6SE70系列三相交流矢量控制變頻器。該裝置的控制功能有:帶編碼器的矢量控制應用于需要高度**轉矩和動(dòng)態(tài)響應;無(wú)編碼器的矢量控制在水泵、風(fēng)機的簡(jiǎn)單應用和U/f控制。

  4臺轉爐傾動(dòng)電機同軸剛性連接,如果4臺電機的輸出轉矩不平衡,縮短電機使用壽命。因此必須解決4臺電機負荷平衡問(wèn)題。采用一對一傳動(dòng)方式,可在傳動(dòng)裝置上設置“主-從”方式,確定主傳動(dòng)裝置,通過(guò)脈沖編碼器引入速度反饋信號,設置公用的調速調節器,將主傳動(dòng)的電流調節器的輸入信號同時(shí)輸出到三臺從裝置的電流調節器中,由于電流調節器的輸入信號是相同的,其輸出也相同,故4臺電動(dòng)機可**在等同的負荷下運行,從而**了運轉設備的平穩性和負荷均衡性。

  4臺變頻器與主PLC之間通過(guò)DeviceNet網(wǎng)連接,每臺變頻器通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接受控制指令和速度給定,并將設備的運行狀態(tài)傳送給主PLC;4臺變頻器通過(guò)SIMOLINK光纖網(wǎng)連接成一個(gè)環(huán)形結構,實(shí)現“一主三從”的控制思想,完成主/從設備之間的數據通訊。

  2、2氧槍的電氣傳動(dòng)及其自動(dòng)控制

  2、2、1電氣傳動(dòng)

  每組轉爐設備有2套氧槍升降機構(A槍和B槍),配備2套變頻控制柜(A槍控制柜和B槍控制柜)和一套制動(dòng)控制柜,一套作為工作槍?zhuān)硪惶鬃鳛閭溆脴?。變頻器選用SIMOVERT MASTERDRIVERS 6SE70系列三相交流矢量控制變頻器。

  傳統的設計是“對應”控制方式,即A槍變頻器控制A槍電機,B槍變頻器控制B槍電機。1、2、3#轉爐自動(dòng)控制系統中,兩套氧槍裝置增加了“交換”控制方式,即:當選擇開(kāi)關(guān)置于“對應”控制時(shí),還是A槍變頻器控制A槍電機,B槍變頻器控制B槍電機;而當選擇開(kāi)關(guān)置于“交換”控制時(shí),在不進(jìn)行臺車(chē)交換情況下,就可完成A槍變頻器控制B槍電機,而B(niǎo)槍變頻器控制A槍電機。

  氧槍“交換”控制技術(shù)是一種全新的控制技術(shù)。正常生產(chǎn)中,兩只氧槍的變頻器、升降電機可以做到互為備用。其鮮明的特點(diǎn)有:機械故障時(shí),在臺車(chē)不移動(dòng)的情況下,可以通過(guò)電氣快速切換氧槍;電氣故障時(shí),在不更換變頻器、臺車(chē)不移動(dòng)的情況下,可以快速實(shí)現氧槍的正??刂?。

  另外,在氧槍制動(dòng)控制上,**了氧槍電機的抱閘控制,實(shí)現了變頻器合/分閘、PLC程序輸出、變頻器本身輸出三點(diǎn)連鎖控制抱閘,使制動(dòng)控制技術(shù)更加**,系統更加安全、穩定及可靠。主要特點(diǎn)有:當變頻器因故跳閘后,制動(dòng)輸出自動(dòng)實(shí)現抱閘,**了設備的安全;當PLC故障時(shí),無(wú)論變頻器工作在什么狀態(tài),制動(dòng)輸出都處于抱閘狀態(tài),****設備不失控,提高了控制系統的可靠性和安全性。正常生產(chǎn)過(guò)程中,因變頻器內部或外部線(xiàn)路原因造成了變頻器不能正常工作和控制輸出,可通過(guò)PLC輸出完成電機的抱閘,**了系統、設備的安全、可靠與穩定。

  2、2、2氧槍的自動(dòng)控制

  氧氣頂吹轉爐的自動(dòng)控制中,氧槍高度的正確與否是一個(gè)相當重要的環(huán)節。采用**的吹氧自動(dòng)控制槍位技術(shù)對氧槍的吹煉點(diǎn)進(jìn)行控制,可使氧槍準確的停止在工藝操作要求的位置上,其定位的精度相當高,從而更好的**了煉鋼過(guò)程計算機控制,實(shí)現了自動(dòng)化。副槍作為另一種重要設備,在氧槍下槍吹煉前測量液面高度,在吹煉周期中測溫取樣,其同樣對速度、位置控制有嚴格的要求。他們的高度位置控制基本是相同的,下面以氧槍為例,著(zhù)重列舉其控制特點(diǎn)。

  (1)位置控制

  氧槍上下移動(dòng)的距離通過(guò)與電動(dòng)轉筒同軸旋轉的兩個(gè)**編碼器來(lái)計測,即把垂直的位置量轉化為數字量。正常生產(chǎn)中,以其中的一個(gè)為主,另一個(gè)**編碼器與之比較作為校準信號,偏差超出設定范圍時(shí)發(fā)出報警,過(guò)大時(shí)急停。

  氧槍在多次上下移動(dòng)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生突發(fā)性數字無(wú)差級編碼器數值換算時(shí)的累積誤差,如不加以修正則會(huì )發(fā)生氧槍檢測位置與實(shí)際位置的偏差。為解決這一難題,可在氧槍的換槍位設置校正點(diǎn)。動(dòng)作周期大體如下:預先將槍位的高度實(shí)際值存入主PLC內存中;氧槍每次換槍提到換槍位時(shí)該信號讀入PLC中,使此時(shí)氧槍實(shí)際高度檢測記憶值強制性修改。

  (2)自動(dòng)快速定位控制

  現代化的轉爐煉鋼氧槍在吹氧過(guò)程中是根據吹氧量的不同而自動(dòng)調整槍位的。吹煉過(guò)程中氧槍調整槍位的速度將直接影響到冶煉周期和鋼的質(zhì)量,因此希望氧槍能以**快的速度準確停止在指定位置。

  為了解決這一問(wèn)題,控制時(shí)可采用位置閉環(huán)系統,將氧槍設定位置與實(shí)際位置的偏差值作為控制信號,并將其轉化為一個(gè)控制傳動(dòng)裝置的速度指令。為縮短氧槍上升與下降時(shí)間,在設定值與實(shí)際偏差較大時(shí),以較大速度運行,當設定值與實(shí)際偏差越來(lái)越小達到設定范圍時(shí),控制速度給定按照預先設定的函數曲線(xiàn)減小,**終使氧槍準確停止在所要求的位置上。

  3、結束語(yǔ)

  通過(guò)對國外煉鋼廠(chǎng)自動(dòng)化技術(shù)的消化移植,結合煉鋼廠(chǎng)當前的具體情況及工藝要求,采用當代**的技術(shù)設備而開(kāi)發(fā)的1、2、3#轉爐自動(dòng)控制系統使煉鋼廠(chǎng)轉爐的自動(dòng)控制和生產(chǎn)管理水平躍上了一個(gè)新的臺階,滿(mǎn)足了今后生產(chǎn)和新技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)管理和信息管理的需要。

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