1、引言

　　一鋼廠“平改電”工程經(jīng)過兩年多緊張的準備、設計、施工和調試后，其電爐系統(tǒng)己于2000年1月正式投產(chǎn)。

　　該電爐由太鋼二鋼廠60年代末引進的AESA公司的50t電爐改造而成。其基本工藝為爐蓋旋開頂裝料，偏心底出鋼。電爐設備主要

　　由以下部分組成；爐體、水冷爐蓋、傾動機構、電極升降機構、爐蓋提升旋轉機構、大電流線路、維修裝置、加料裝置、水冷、氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。

　　其電氣控制采用電控、儀控及計算機控制三電一體考慮，計算機控制系統(tǒng)由操作員站、三臺可編程控制器和五個遠程I/O站組成。涉及開關量輸入輸出點800多個、模擬量輸入輸出40多路，通過Siemens profibus網(wǎng)絡實現(xiàn)其數(shù)據(jù)傳遞。

　　2、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)的下環(huán)節(jié)——精煉爐，電爐對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質量和成本都有直接的影響。其工藝及控制功能見圖1；

　　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，傾動爐體，利用偏心底出鋼，鋼水由出鋼車運輸至下一環(huán)節(jié)。熔煉過程中，爐壁與爐蓋通過水冷方式降溫，爐蓋、爐體以及電極等的各種動作均通過液壓實現(xiàn)。

　　自動控制方面，冷卻水控制、液壓控制、電極弧流的調節(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)就是對上述參量進行檢測、控制、運算、顯示、報警及記錄。

　　3、計算機系統(tǒng)控制方式

　　整個電爐的計算機控制系統(tǒng)采用西門子公司的S7-300可編程序控制器，它通過二個開放的標準化現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡連接各個部件，構成分布式集散控制系統(tǒng)，對現(xiàn)場的控制部件實行在線調試、診斷。通過PROFIBUS-S7網(wǎng)絡與上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使交流電弧和鋼包精煉爐有機的組成一個整體，實現(xiàn)煉鋼自動化。

　　控制方式為全線PLC程序控制，實現(xiàn)順控、邏輯控制、聯(lián)動和聯(lián)鎖，以及信號傳輸、報警和數(shù)據(jù)采集等，必要時人工（通過按鈕或旋轉開關）參與緊急處置以至停機。PLC作為全線樞紐，必需具備如下的優(yōu)點；

　　·實現(xiàn)無接點控制，減少繼電器接觸系絞頻繁出現(xiàn)的接觸不良故障。

　　·可方便的實現(xiàn)邏輯控制、數(shù)字運算。

　　·擁有大存儲量的內、外存儲器，能建立生產(chǎn)過程的多種數(shù)據(jù)庫。

　　·編程較容易，能用多種方式編程。

　　·能與上位機聯(lián)網(wǎng)和完成與各控制單元之間的通訊，實現(xiàn)自動化控制與管理。

　　·可靠性高，具有故障自診斷的能力。

　　·可按裝置要求選擇標準模塊進行組合。

　　·抗干擾能力強，有多種屏蔽和聯(lián)鎖措施，適合在電爐強磁場條件下工作。

　　綜上所述，在控制復雜、數(shù)據(jù)處理量大的電控系統(tǒng)中，使用大型PLC實現(xiàn)其控制任務，在控制精度、安全性、維護量以及性能價格比方面都是首選方案。

　　4、計算機系統(tǒng)構成

　　計算機系統(tǒng)主要由操作員站OS1、OS2，三臺S7-300PLC可編程控制器AS1、ASLAS3，SIEMENS PROFIBUS-S7及PROFIBUS-DP網(wǎng)、檢測及執(zhí)行元器件組成，并用五臺ET200接收主操作室PLC主機的輸出控制信號，使現(xiàn)場布線簡單化。計算機系統(tǒng)的構成見圖2。

　　4.1操作員站

　　操作員站作為系統(tǒng)的人機界面，通過WinCC實現(xiàn)與下位機的對話，通過PROFIBUS-S7網(wǎng)對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控。本系統(tǒng)選用臺灣研華公司生產(chǎn)的ADVANTECH610工業(yè)型計算機及SIEMENS網(wǎng)絡通訊卡CP-5412實現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)共享。


　4.2PLC可編程控制器

　　系統(tǒng)采用三臺SIEMENS S7-300可編程控制器AS1、AS2、AS3實現(xiàn)對電爐的基礎控制，其配置主要有主機架、擴展機架、電源、CPU、接口模塊、通訊模塊、以及數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊等。

　　4.2.1 AS1（S7-315-2DP）用于實現(xiàn)爐體的基本控制，設置以下PROFIBUS-DP遠程：

　　·ET200M-1；液壓泵站的控制

　　·ET200M-2；液壓閥臺的控制

　　·ET200M-3；爐前操作的控制

　　·ET200M-4；爐后操作的控制

　　·ET200M-5；碳氧槍操作的控制。

　　4.2.2 AS2（S7-315）用于實現(xiàn)電極系統(tǒng)的調節(jié)

　　電極調節(jié)是電爐煉鋼的關鍵所在，由一臺S7-300獨自組成電弧爐的一個自動控制系統(tǒng)，完成對電弧爐內弧電流及電壓的調節(jié)，系統(tǒng)中另設計有一套手動調節(jié)控制，在非正常情況下，可脫機手動對電極進行人工升降操作。

　　電極調節(jié)器控制系統(tǒng)根據(jù)變壓器電壓檔自動設置輸入爐內的弧流；

　　1——檔時電壓為32KA

　　7一一9檔時電壓為3OKA w

　　10一一11檔時電壓為28KA

　　l2——19檔時電壓為32KA

　　起弧控制；當系統(tǒng)運行時在高壓合閘后冶煉開始，三相電極自動下降，在任一相電極接觸到導電爐料時，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及弧流指示信號及電耗和三相電流，三相電壓及三相功率的歷史曲線指示畫面的數(shù)據(jù)均取自電極調節(jié)器控制系統(tǒng)，如果電極調，節(jié)器控制系統(tǒng)的運行停止，則上述畫面皆為零。

　　PLC電極調節(jié)器數(shù)字控制系統(tǒng)和OPA電極調節(jié)器模擬系統(tǒng)共用一套伺服電流放大電路、一套三相弧流信號和三相弧壓信號的數(shù)據(jù)采樣和信號轉換電路，三相弧流信號和三相弧壓信號的采樣和轉換的速率及精度將直接影響系統(tǒng)的控制效果。

　　4.2.3 AS3（S7-315）完成油氧燒嘴的控制。

　　4.3 SIEMENS PROFlBUS-S7及PROF l BUS-DP網(wǎng)

　　SIEMENS PROFIBIJS-S7網(wǎng)由同軸電纜及收發(fā)器組成。

　　采用通訊處理模塊CP342-5和通訊卡CP-541以方便的實現(xiàn)S7-300與操作員站及網(wǎng)絡的通訊。

　　PROFIBUS-DP用于自動化系統(tǒng)與其外圍設備、現(xiàn)場設備之間數(shù)據(jù)傳輸率要求較高的場合，該網(wǎng)絡具有響應時間短、抗干擾性強等優(yōu)點。

　　4.4檢測及元器件

　　本系統(tǒng)的檢測和執(zhí)行元器件包括測溫、側壓、電磁流量計、電流互感器及電磁閥等。

　　5、應用軟件的選擇

　　5.1 WinCC組態(tài)軟件及應用

　　本系統(tǒng)操作員站由通用工業(yè)PC、PC操作系統(tǒng)，配上通用工控組態(tài)軟件組成。通用工控組態(tài)軟件選用西門子公司的Windows Control Center。該軟件以Windows為軟件平臺，是一個全面開放的軟件。

　　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)設定、操作控制和動態(tài)畫面監(jiān)視的功能。它顯示當前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部顯示或有選擇地簡要顯示，亦可編輯、輸出。Wincc提供各種功能塊用于以上功能，結合用戶程序進行信息處理、測量值處理和報表打印。運行時，具有很強的實時性。

　　5.2控制系統(tǒng)應用程序

　　本控制系統(tǒng)的PLC程序基于SIEMENS公司編程軟件平臺STEP7設計開發(fā)而成，程序設計采用結構化編程，應用OB塊、FB塊、FC塊及相關數(shù)據(jù)塊DB組成對整臺電爐的自動控制程序。

　　STEP7在線調試直觀、便捷，可用梯形圖（LAD）、功能塊（FBD）語句表（STL）方式編程。

　　6、結束語

　　改造后的50t電爐已在太鋼第一煉鋼廠正式投運，自動化水平高、運行穩(wěn)定、操作簡便、故障率低、緯修量小，達到國內先進水平。

　　計算機過程控制與工藝上新技術的運用大大地縮短了冶煉時間，降低了噸鋼消耗，取得了好的經(jīng)濟效益。