本文作者孫海燕女士，太鋼第一煉鋼廠工程師；溫芙蓉女士，工程師；樊力先生，太鋼自動化所工程師。 關(guān)鍵詞：PLC　WinCC　計(jì)算機(jī)控制 一 引言 太鋼一鋼廠“平改電”工程經(jīng)過兩年多緊張的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試后，其電爐系統(tǒng)已于2000年1月正式投產(chǎn)。 該電爐由太鋼二鋼廠于20世紀(jì)60年代末引進(jìn)的Aesa公司的50t電爐改造而成。電爐設(shè)備主要由以下部分組成：爐體、水冷爐蓋、傾動機(jī)構(gòu)、電極升降機(jī)構(gòu)、爐蓋提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大電流線路、維修裝置、加料裝置、水冷裝置、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。 該電爐系統(tǒng)的電氣控制采用電控、儀控及計(jì)算機(jī)控制三電一體化，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由2臺操作員站、3臺可編程控制器和5個遠(yuǎn)程I/O站組成。系統(tǒng)涉及開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)800多個、模擬量輸入輸出40多路，通過Siemens公司的Profibus現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。 二 工藝及控制功能簡介 電爐是冶金生產(chǎn)的初始環(huán)節(jié)，目的是將廢鋼和鐵水煉成鋼水，供給生產(chǎn)的下一環(huán)節(jié)——精煉爐。電爐生產(chǎn)的好壞對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和成本都有直接的影響。其工藝及控制功能如圖1所示。 該電爐裝料方式為爐蓋旋開式頂裝料，裝料過程完畢后，下降電極，利用電極與爐料之間產(chǎn)生的電弧熔煉爐料，熔煉中可通過爐門吹氧或加料以加溫和改善鋼水成分。出鋼時(shí)，傾動爐體，利用偏心底出鋼，鋼水由出鋼車運(yùn)輸至下一環(huán)節(jié)。熔煉過程中，爐壁與爐蓋通過水冷方式降溫，爐蓋、爐體以及電極等設(shè)備的各種動作均通過液壓驅(qū)動實(shí)現(xiàn)。 在自動控制方面，冷卻水控制、液壓控制、電極弧流的調(diào)節(jié)、碳氧槍的控制、油氧燒嘴的控制、數(shù)據(jù)的傳輸，以及溫度、流量等信號的采集與處理，均為電爐生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)能對上述環(huán)節(jié)的有關(guān)參量進(jìn)行檢測、控制、運(yùn)算、顯示、報(bào)警及記錄。 三 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制方式 整個電爐的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用Siemens公司的S7-300可編程控制器，它通過開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的Profibus-DP現(xiàn)場總線連接各個部件，構(gòu)成分布式分散控制系統(tǒng)，對現(xiàn)場的控制部件實(shí)行在線調(diào)試、診斷。它還通過Profibus-S7網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使交流電弧爐和鋼包精煉爐有機(jī)地組成一個整體，實(shí)現(xiàn)煉鋼自動化。 控制方式為全線PLC程序控制，實(shí)現(xiàn)順控、邏輯控制、聯(lián)動和聯(lián)鎖，以及信號傳輸、報(bào)警和數(shù)據(jù)采集等，必要時(shí)人工(通過按鈕或旋轉(zhuǎn)開關(guān))參與緊急處理甚至停機(jī)。PLC作為全線樞紐，必需具備如下特性： (1)實(shí)現(xiàn)無接點(diǎn)控制，減少繼電器接觸系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)接觸不良故障。 (2)可方便地實(shí)現(xiàn)邏輯控制、數(shù)字運(yùn)算。 (3)擁有大存儲量的內(nèi)、外存儲器，能建立生產(chǎn)過程的多種數(shù)據(jù)庫。 (4)編程較容易，能用多種方式編程。 (5)能與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，以及完成與各控制單元之間的通信，實(shí)現(xiàn)自動化控制與管理。 (6)可靠性高，具有故障自診斷的能力。 (7)可按裝置要求選擇標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行組合。 (8)抗干擾能力強(qiáng)，有多種屏蔽和聯(lián)鎖措施，適合在電爐的強(qiáng)磁場條件下工作。 綜上所述，在控制復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量大的電控系統(tǒng)中，使用大型PLC實(shí)現(xiàn)其控制任務(wù)，在控制精確度、安全性、維護(hù)量以及性能價(jià)格比方面都是首選方案。 四 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要由兩臺操作員站OS1、OS2，3臺S7-300可編程控制器AS1、AS2、AS3，Profibus-S7及Profibus-DP網(wǎng)，檢測及執(zhí)行元器件組成，并由5臺ET200接收主操作室PLC主機(jī)的輸出控制信號，使現(xiàn)場布線簡單化。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。 1. 操作員站 操作員站作為系統(tǒng)的人機(jī)界面，通過WinCC實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的對話，通過Profibus-S7網(wǎng)對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本系統(tǒng)選用臺灣研華公司生產(chǎn)的ADVANTECH 610工業(yè)型計(jì)算機(jī)及Siemens網(wǎng)絡(luò)通信卡CP-5412實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)共享。 2. PLC 系統(tǒng)采用3臺Siemens公司的S7-300可編程控制器AS1、AS2、AS3實(shí)現(xiàn)對電爐的基本控制，其配置主要有主機(jī)架、擴(kuò)展機(jī)架、電源、CPU、接口模塊、通信模塊，以及數(shù)字量和模擬量輸入/輸出模塊等。 a. AS1(S7-315-2DP)用于實(shí)現(xiàn)爐體的基本控制，設(shè)置以下Profibus-DP遠(yuǎn)程控制 (1)ET200M-1：液壓泵站的控制； (2)ET200M-2：液壓閥臺的控制； (3)ET200M-3：爐前操作的控制； (4)ET200M-4：爐后操作的控制； (5)ET200M-5：碳氧槍操作的控制。 b. AS2(S7-315)用于實(shí)現(xiàn)電極系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 電極調(diào)節(jié)是電爐煉鋼的關(guān)鍵所在，由一臺S7-300獨(dú)自組成電弧爐的一個自動控制系統(tǒng)，完成對電弧爐內(nèi)弧電流及電壓的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)中另設(shè)計(jì)一套手動控制系統(tǒng)，在非正常情況下，可脫機(jī)手動對電極進(jìn)行人工升降操作。 電極調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)根據(jù)變壓器電壓檔自動設(shè)置輸入爐內(nèi)的弧流，如表所示。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，高壓閘合閘后冶煉開始，三相電極自動下降，在任一相電極接觸到導(dǎo)電爐料時(shí)，該相電極自動停止下降，直至另一相電極起弧后第一相電極自動起弧。 操作員站主畫面的三相弧壓、弧流指示信號和電耗以及三相電流、電壓、功率的歷史曲線指示畫面的數(shù)據(jù)均取自電極調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)，當(dāng)后者停止運(yùn)行時(shí)，則上述畫面皆為零。 PLC電極調(diào)節(jié)器數(shù)字控制系統(tǒng)和OPA電極調(diào)節(jié)器模擬系統(tǒng)共用一套伺服電流放大電路，以及一套三相弧流、弧壓信號的數(shù)據(jù)采樣和信號轉(zhuǎn)換電路，三相弧流、弧壓信號的采樣和轉(zhuǎn)換的速率及精確度將直接影響系統(tǒng)的控制效果。 c. AS3(S7-315)完成油氧燒嘴的控制 AS3通過對軟瀝青、蒸汽、氧氣的流量、壓力、溫度等的控制，來提高鋼液的升溫速度和控制鋼水溫度，從而縮短冶煉時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 3.Profibus-S7及Profibus-DP網(wǎng) Profibus-S7網(wǎng)由同軸電纜及收發(fā)器組成。 采用通信處理模塊CP342-5和通信卡CP-541以方便地實(shí)現(xiàn)S7-300與操作員站及網(wǎng)絡(luò)的通信。 4. 檢測及執(zhí)行元器件 本系統(tǒng)的檢測和執(zhí)行元器件包括測溫與測壓儀表、電磁流量計(jì)、電流互感器與電磁閥等。 五 應(yīng)用軟件的選擇 1. WinCC組態(tài)軟件及應(yīng)用 本系統(tǒng)操作員站由通用工業(yè)PC、PC操作系統(tǒng)，配置通用工控組態(tài)軟件組成。通用工控組態(tài)軟件選用Siemens公司的Windows Control Center。該軟件以Windows為軟件平臺，全面開放。 WinCC可將過程或生產(chǎn)中發(fā)生的事件清楚地記錄、顯示出來，完成參數(shù)設(shè)定、操作控制和動態(tài)畫面監(jiān)視的功能。它顯示當(dāng)前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部或有選擇地簡要顯示，亦可編輯、輸出。WinCC提供各種功能塊實(shí)現(xiàn)以上功能，可結(jié)合用戶程序進(jìn)行信息處理、測量值處理和報(bào)表打印。運(yùn)行時(shí)，它具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。 2. 控制系統(tǒng)應(yīng)用程序 本控制系統(tǒng)的PLC程序是基于Siemens編程軟件平臺STEP7設(shè)計(jì)開發(fā)而成，程序設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化編程，應(yīng)用OB、FB、FC塊及相關(guān)數(shù)據(jù)塊DB組成對整臺電爐的自動控制程序。 STEP7在線調(diào)試直觀、便捷，可用梯形圖(LD)、功能塊圖(FBD)，或語句表(STL)方式編程。 六 結(jié)束語 改造后的50t電爐已在太鋼第一煉鋼廠正式投運(yùn)，自動化水平高、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡便、故障率低、維修量小，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。 計(jì)算機(jī)過程控制與工藝上新技術(shù)的運(yùn)用，大大縮短了冶煉時(shí)間，降低了噸鋼消耗，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。