[b]1 引言 [/b] 萊鋼銀山前區(qū)1#80噸轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)爐本體、汽化冷卻、散狀料上料、鐵合金上料、循環(huán)水泵站、干法除塵、煤氣回收總共七個(gè)子系統(tǒng)。每套子系統(tǒng)用一套SIMATIC S7-400系列PLC進(jìn)行控制，PLC與PLC、PLC與HMI之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，PLC與現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O、變頻器之間采用PROFIBUS-DP總線進(jìn)行通訊和控制。二級(jí)系統(tǒng)完成對(duì)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的管理任務(wù)，及時(shí)下達(dá)煉鋼的計(jì)劃和命令。 2 系統(tǒng)組成 2． 1 轉(zhuǎn)爐控制概述 萊鋼銀山前區(qū)1#80噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)線設(shè)計(jì)能力為80萬噸/年，其自動(dòng)化控制水平的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐的智能自動(dòng)控制，對(duì)降低能耗，提高產(chǎn)品合格率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要作用。 煉鋼生產(chǎn)線主要控制散狀料、鐵合金的稱量和添加，轉(zhuǎn)爐爐體的傾動(dòng)、氧槍的升降、煉鋼介質(zhì)的應(yīng)用，循環(huán)水的循環(huán)、冷卻、凈化，及煉鋼煙氣的吸收、冷卻、除塵、加壓儲(chǔ)存。 散狀料從地下受料倉(cāng)到高位料倉(cāng)稱散狀料上料系統(tǒng)；從高位料倉(cāng)到匯總斗進(jìn)入轉(zhuǎn)爐，稱散狀料加料系統(tǒng)。每座轉(zhuǎn)爐散狀料加料系統(tǒng)共有10個(gè)高位料倉(cāng)，每個(gè)貯料倉(cāng)下配有一個(gè)振動(dòng)給料機(jī)，該系統(tǒng)還有三個(gè)稱量斗，兩個(gè)匯總斗（帶稱量）。散狀料重量由稱量斗稱量，散狀料需要量可由計(jì)算機(jī)根據(jù)煉鋼原料條件給出或人工設(shè)定。 當(dāng)轉(zhuǎn)爐氧槍下降、吹氧開始時(shí)，散狀料加入第一批料信號(hào)，并進(jìn)行第二坯料的稱量；當(dāng)吹氧量達(dá)到預(yù)設(shè)定氧量的（30-40%）時(shí)，作為第二批散狀料的加入信號(hào)。按自動(dòng)按鈕，自動(dòng)成批地加入各種散狀原料。 鐵合金上料共設(shè)高位料倉(cāng)20個(gè)、稱量斗6個(gè)。鐵合金料經(jīng)過烘烤后，根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行稱量，鐵合金料稱量后根據(jù)生產(chǎn)情況加入轉(zhuǎn)爐。 轉(zhuǎn)爐本體主要通過爐體的傾動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐的兌鐵水、加廢鋼、出鋼、出渣，氧槍升降、氧槍橫移實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐吹氧煉鋼、吹氮濺渣護(hù)爐，根據(jù)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)快速、慢速、正反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)的轉(zhuǎn)矩自平衡功能、煉鋼介質(zhì)安全參數(shù)故障時(shí)的氧槍自動(dòng)飛槍功能。 余熱鍋爐汽化冷卻系統(tǒng)主要控制蓄熱器補(bǔ)水閥、低壓強(qiáng)制循環(huán)泵、中壓強(qiáng)制循環(huán)泵、除氧水箱緊急放水閥、加藥泵、溶液攪拌器等設(shè)備。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼水介質(zhì)的循環(huán)、冷卻、凈化功能。 循環(huán)水實(shí)現(xiàn)整個(gè)轉(zhuǎn)爐區(qū)域、連鑄區(qū)域的循環(huán)水供應(yīng)。 干法除塵控制主要根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉情況，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐煙塵的吸入量，調(diào)節(jié)水閥控制蒸發(fā)冷卻器的溫度，控制靜電除塵器靜電除塵，控制粗灰輸送系統(tǒng)、細(xì)灰輸送系統(tǒng)，煤氣冷卻器冷卻回收后的煤氣；通過控制煤氣加壓機(jī)連鎖運(yùn)行，控制加壓機(jī)前后調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)煤氣的加壓儲(chǔ)存，滿足煤氣吸收和供氣的生產(chǎn)要求。 2．2 系統(tǒng)組成： 系統(tǒng)硬件配置采用SIEMENS公司的WinCC/S7-400控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是建立在S7-400控制器、Pentium Ⅳ工控機(jī)平臺(tái)之上的開放式系統(tǒng)；S7-400是模塊化大型PLC系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊。DELL工控機(jī)采用主頻為2.5GHz的pentiumⅣCPU，512MB SDRAM 內(nèi)存，80GB UltraSCSI 接口硬盤。 S7-400控制器和工控機(jī)采用以太網(wǎng)通訊，通訊速率為100Mbps，使用多模光纖連接。 轉(zhuǎn)爐本體、汽化冷卻、散狀料上料、鐵合金上料、循環(huán)水泵站、干法除塵、煤氣回收七個(gè)站（每個(gè)站包括電源模塊、1個(gè)CPU、1個(gè)CP443通訊接口模塊和數(shù)量不等的模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出模塊）采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通訊,客戶機(jī)和冗余服務(wù)器結(jié)構(gòu),共有兩臺(tái)服務(wù)器,11臺(tái)客戶機(jī),8臺(tái)變頻器，變頻器與控制器采用PROFIBUS-DP通訊。（如圖1） [b]3 自動(dòng)控制系統(tǒng)控制方式和控制難點(diǎn)： [/b] 3.1 工程師站 基于SIMATIC STEP7編程軟件的工程師站，完成7個(gè)PLC站系統(tǒng)的硬件組態(tài)、地址和站址的分配以及用戶程序的設(shè)計(jì)開發(fā)和調(diào)試工作。程序設(shè)計(jì)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化編程，應(yīng)用OB、FC、FB塊和相關(guān)數(shù)據(jù)塊DB組成整個(gè)控制系統(tǒng)，并且在軟件設(shè)計(jì)中采用了抗干擾措施。 3.2 操作員站 操作員站作為整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)界面，采用通用工業(yè)PC，配置SIMATIC WinCC畫面組態(tài)監(jiān)控軟件，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程監(jiān)控。WinCC能實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定、操作控制等功能，并具有過程信息歸檔、報(bào)警信息順序顯示、報(bào)表打印等功能，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)行。 3.3 主要控制難點(diǎn) 1）爐體傾動(dòng) 轉(zhuǎn)爐本體PLC站主要完成爐前的爐門動(dòng)作和爐體的傾動(dòng)操作，爐后傾爐和出鋼鋼包車、出渣渣車操作，煙罩的升降操作和冷卻水流量、壓力聯(lián)所控制，氧槍的升降操作和氧槍定位及冷卻水流量壓力聯(lián)鎖控制，氧槍橫移換槍操作，上料稱重和進(jìn)料操作，并完成轉(zhuǎn)爐水冷煙罩、水冷爐壁、水冷氧槍等水冷系統(tǒng)48個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度變化的實(shí)施數(shù)據(jù)采集以及冷卻水系統(tǒng)壓力、流量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)視和超限及事故報(bào)警。通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC和操作站之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送，由人機(jī)界面完成生產(chǎn)過程監(jiān)控。 其中，四臺(tái)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷平衡是該項(xiàng)目中技術(shù)難度最大的課題，要求必須做到高速響應(yīng)、高控制精度、高安全可靠性能。設(shè)計(jì)采用的傳動(dòng)控制裝置是西門子全交流MASTERDRIVE 6SE70系列變頻器產(chǎn)品，配合西門子公司的PLC、PROFIBUS-DP和SIMO-LINK通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建起高性能的傳動(dòng)系統(tǒng)，充分發(fā)揮出西門子產(chǎn)品多功能、高性能的特點(diǎn)，較好地解決了技術(shù)難題，同時(shí)，大大提高了轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)分2地操作，爐前主操作室和爐后操作室，2處操作只能有一處在主操作室設(shè)有指令轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)操作有快速、慢速、正反轉(zhuǎn)及其信號(hào)顯示和爐子傾角顯示。 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)速度為0.12r/min～0.998r/min，轉(zhuǎn)爐為全正力矩操作，最大傾動(dòng)力矩：240噸·米。 2）氧槍定位 氧槍系統(tǒng)為雙小車雙卷揚(yáng)系統(tǒng)裝置，一套工作，一套備用。氧槍升降是采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、變頻調(diào)速。氧槍升降速度為快速40m/min，慢速５m/min。斷電時(shí)，用氣動(dòng)馬達(dá)提槍。CRT可顯示氧槍實(shí)際槍位，可通過計(jì)算機(jī)鍵盤控制槍位。氧槍槍位控制分自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，自動(dòng)方式為PLC，自動(dòng)按設(shè)定槍位自動(dòng)進(jìn)行，手動(dòng)方式，在自動(dòng)方式出故障時(shí)，使用設(shè)在操作臺(tái)上的指令轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行操作。 氧槍接到下槍指令后由等待位（+16.00m）快速下槍，下至開氧點(diǎn)（+14.20m）氧氣快速切斷閥自動(dòng)打開供氧。下降至變速點(diǎn)（+12.20m）變?yōu)榈退?，直至下降至吹煉點(diǎn)止.30～10.00m）。氧槍接到提槍指令后，快速提槍，提至關(guān)閉氧點(diǎn)（+12.20m）氧氣切斷閥自動(dòng)關(guān)閉，停止供氧，快速提升到變速點(diǎn)（+15.30m）、慢速提升至等待位（+16.00m）停止提升。 氧槍接到更換上升指令由等待位（+16.00m）快速提槍至變速點(diǎn)（+21.00m），變慢速至換槍位（+24.9m），氧槍自動(dòng)更換后，按下槍指令由換槍位慢速下降至變速點(diǎn)（+21.00m）、快速下降至變速點(diǎn)（+16.50m）慢速下降至等待位（+16.00m），停止下槍。 氧槍單支卷揚(yáng)鋼絲繩張力≥6噸時(shí)，自動(dòng)聯(lián)鎖停槍。 飛槍后，氧槍升降和爐體傾動(dòng)均被鎖定，需轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)或手動(dòng)定位，才可動(dòng)槍，爐傾需解除聯(lián)鎖方可動(dòng)爐。待飛槍條件消失后，可點(diǎn)擊飛槍解鎖按鈕恢復(fù)聯(lián)動(dòng)操作。 4 主要技術(shù)和功能 4．1 多客戶機(jī)技術(shù) 多客戶機(jī)結(jié)構(gòu)允許一個(gè)客戶機(jī)訪問多個(gè)服務(wù)器的數(shù)據(jù)；也允許多個(gè)客戶機(jī)同時(shí)訪問若干個(gè)服務(wù)器。操作可同時(shí)完成，項(xiàng)目數(shù)據(jù)、過程變量、存檔數(shù)據(jù)、報(bào)警和消息均從多客戶機(jī)的服務(wù)器獲得。這樣數(shù)據(jù)可以分布在若干服務(wù)器上，多客戶機(jī)都通過一個(gè)公共操作進(jìn)行訪問，從而提高系統(tǒng)的可用性。 4．2 冗余服務(wù)器技術(shù) 冗余度選件能使二個(gè)冗余的WinCC服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行，以保證連續(xù)的過程和操作員控制。如果兩個(gè)站中的一個(gè)發(fā)生故障，另一個(gè)就接替報(bào)表傳送和過程值的歸檔。當(dāng)故障站恢復(fù)運(yùn)行后，在該站不工作時(shí)所采集的全部過程值檔案和報(bào)文都復(fù)制到現(xiàn)在恢復(fù)運(yùn)行的站上。從而再一次可同時(shí)運(yùn)行二個(gè)相同的WinCC 站。用這種概念來配置冗余管理下的所有過程值檔案和報(bào)文，從而保證了數(shù)據(jù)完整性。在客戶機(jī)/ 服務(wù)器方式，客戶機(jī)自動(dòng)地從故障的服務(wù)器切換到冗余的配合站。在短暫的切換周期后，所有運(yùn)行的站又繼續(xù)工作。為了簡(jiǎn)化配置，可使用項(xiàng)目復(fù)制器，它將所有配置數(shù)據(jù)復(fù)制到配合站，并相應(yīng)地加以匹配。 4．3 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 控制器與變頻器的通訊采用PROFIBUS-DP,PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，主要包括最高波特率可達(dá)12M 的高速總線PROFIBUS - DP（H2）和用于過程控制的本安型低速總線PROFIBUS - PA（H1）。DP 和PA 的完美結(jié)合使得PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場(chǎng)總線。用一對(duì)雙絞線替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜，大量節(jié)省了電纜的費(fèi)用，減少了故障率。 4．4 以太環(huán)網(wǎng)通訊技術(shù) S7-400控制器和DELL工控機(jī)采用以太環(huán)網(wǎng)，通訊速率為100Mbps，使用多模光纖連接。所有的控制器都連接到以太環(huán)網(wǎng)上，環(huán)網(wǎng)在現(xiàn)場(chǎng)的走向形成一個(gè)環(huán)，由于某種原因環(huán)網(wǎng)上某個(gè)點(diǎn)斷開，控制器可通過另個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)通訊，不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 [b]5 結(jié)束語 [/b] 系統(tǒng)投運(yùn)至今運(yùn)行穩(wěn)定可靠，高性能、高可靠性、體積小、價(jià)格低、具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能、易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能等優(yōu)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，有效提高了產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量，節(jié)約了大量的電能和水資源，減少了環(huán)境污染，提高設(shè)備使用壽命，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了操作環(huán)境。 參 考 文 獻(xiàn) 1 李樂亭，王洪才．鋼鐵企業(yè)過程檢測(cè)和控制自動(dòng)化設(shè)計(jì)手冊(cè)．北京：冶金工業(yè)出版社出版，2000． 2 王常力，廖道文．集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M] ．北京：清華大學(xué)出版社出版，1993． 編輯：何世平