转炉副枪控制系统在新钢第二炼钢厂的应用

转炉副枪控制系统在新钢第二炼钢厂的应用

作者：周小毛

来源：《管理观察》2009年第32期

摘 要:主要介绍新钢第二炼钢厂210t转炉副枪装置的自动化控制系统,包括系统构成、功能及技术特点。

关键词:转炉副枪控制系统 软件设计

21世纪的钢铁企业向着紧凑化、连续化方向发展,生产过程的自动化、智能化和数字化控制技术是提高企业效率、降低消耗、改进产品质量的重要保证之一。新钢第二炼钢厂为了实现210t转炉生产的自动化,引进了武汉华银达公司的副枪技术,引进的副枪采用旋转升降式,在水平方向上有探头连接位和测量位两个位置,借助旋转装置实现副枪在这两个位置的转动,在垂直方向上副枪主要进行了从测量位下降到转炉内取样、测温、定碳的工作,靠其升降装置来实现。目前转炉系统具备了现代化氧气转炉炼钢应有的顶底复吹、副枪和挡渣技术,尤其是利用副枪进行不停吹测温、取样等测量工作,不仅可以实现不倒炉测温,缩短吹炼时间,还可以提高钢水的命中率,这对现代化大型转炉是十分必要的。

1.系统的硬件配置

新钢第二炼钢厂转炉副枪设备及其控制系统是从武汉华银达公司引进的成套设备。副枪主要由旋转框架、旋转设备、提升设备、副枪小车导轨、副枪小车、副枪枪体、APC探头自动安装装置、冷却水和氮气系统、DAS系统信号处理器设备组成,副枪辅助设备包括刮渣器、密封帽、副枪口、探头拆卸装置。控制系统通过计算机和基础自动化两级来对整个测量过程进行监视和控制。

副枪控制系统过程计算机级配置了一台副枪动静态模型服务器和一台2级HMI,主要用于完成2级计算机控制系统的数学模型计算、炼钢工艺优化、指导操作、数据处理和通讯等工作;基础自动化级由sIEMENS s7—400 PLC、1级HMI、测量信号处理单元DAS和一些外围设备(如脉冲发生器、行程开关等)组成。用于探头连接的顺序控制、测量过程的顺序控制、副枪升降及旋转的速度控制。通过基础自动化级,操作员可以进行人机对话,修改过程参数,监视设备的运行状态。另外,还配置有一个副枪专用PLC(SIEMENS s7—400),用于转炉区1级和2级之间的数据交换和通讯。 副枪的控制方式有4种:现场手动、HMI手动、HMI自动和计算机控制,其中现场手动控制主要用于设备维护和检修,正常测量用HMI自动或计算机控制模式。

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2.副枪的主要控制功能

2.1 副枪的升降控制 副枪升降是由一台电机带动卷筒来控制,升降速度高速为2.5m/s,中速为0.6 m/s,低速为0.2 m/s,定位速度0.1m/s。升降速度由变频器根据安装在卷筒上的脉冲发生器PG1所测量的副枪高度来调节。另外,在电机轴上还安装有一个双脉冲发生器PG2和PG3。PG1和PG3的脉冲信号都输入到PLC中的计数模板上,PG3可用于校验PG1的好坏。PG2的脉冲信号输入到变频器中,用于电机的速度反馈,同时对变频器参数进行合理设置

(P601=B275,P605=2,P610=K242,P611=25%,P615=KK91,P616=1.0%,P561=B278),副枪升降才能得到有效控制。正常模式的开机械制动条件是变频器运行信号和变频器电流等于电机额定电流的25.0%,在这两个条件都具备才开机械制动,保证开机械制动时电机有足够的力矩,负载不至于下滑。关机械制动的条件有变频器停止和电机速度等于额定速度1.0%,利用速度检测信号来实现关机械制动,其控制安全性优于利用检测的电流信号,因为对于双环控制系统来说,速度环是稳定的,在系统停止过程中速度信号是稳定变化。正常模式变频器机械制动控制使用了机械制动检测功能,开、关机械制动时检测信号未到则认为是故障状态,封锁变频器(逆变器信号使能),并报警a036。

2.2 副枪的旋转控制

副枪的旋转控制用于卷扬平台在副枪的两个位置(测量位和探头连接位)之间的旋转。旋转速度分高速(电机转速2850m/s)和低速(电机转速1750m/s),由变频器控制其速度快慢,整个旋转角度为90℃,用一个增量型编码器发生脉冲量范围来确定其旋转的角度。 2.3 探头的连接控制

探头的连接控制主要指探头从探头仓到翻转臂之间的顺序控制。探头首先从探头仓中靠气缸控制落到探头运输机上,然后靠气动电机驱动运输机将探头运输到翻转臂上,等翻转臂上的探头夹持器闭合后翻转臂转至垂直位,等待副枪下降进行探头安装,画面显示偶头连接OK,则探头连接完毕。

2.4 副枪与转炉系统的连锁控制

副枪进行测量时,转炉氧枪的吹氧量和底吹氩气流量必须降低到一定的范围之内,转炉必须在垂直位置。这些连锁条件可以通过副枪PLC与转炉其它PLC之间硬连接线进行数据交换来实现。

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3.系统的软件设计

控制器的编程工具软件使用SIEMENS STEP7,HMI的监控软件为INTOUCH9.5。控制器中的程序主要有以下几个功能模块:控制模式的判定、现场手动控制、探头连接过程控制、测量过程控制、复位过程控制、故障报警、与DAS服务器之间的通讯、与二级计算机之间的通讯。为了更好地实现顺序控制,编程工具软件选用了STEP7的一个可选包s7一GRAPH。s7一GRAPH可选包的优点是便于顺序控制过程的编程,这样,使整个控制程序更简单,更易于理解。

4.信号处理单元

信号处理单元选用武汉华银达公司提供的数据处理和记录计算机DIRC一5。探头测量的模拟量输入信号经过DAS中专用的数学模型处理后,分别计算出熔池中钢液温度、结晶碳含量和氧含量,并通过以太网显示在DAS服务器上。DAS 的主要功能有探头种类识别、探头连接情况判断、测量信号求值及测量数据显示等。该工程副枪探头采用3种探头:T、TSO、TSC。 5.结束语

该副枪控制系统操作方便,结构合理。并可以利用2级计算机模型对整个炼钢过程进行控制,因而不仅可以降低劳动强度,还可以缩短每个炉次的冶炼时间。这对提高产品质量、降低生产成本起到了重要作用。副枪在210t转炉生产的应用,改变了传统转炉的控制方式,使转炉生产的连续性、高效性增强,产能提高。 参考文献:

[1] SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制 使用大全.

[2] 蒋慎言 陈大纲.炼钢生产自动化技术[M].北京:冶金工业出版社,2006.150～161.

作者简介:周小毛,男,(1970-),江西丰城人,主要从事电气自动化调试及维护工作。

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