SIWAREX 在新大鋼40噸轉爐中的應用

一、系統概述  
        轉爐自控系統為西門子可編程序控制器（PLC）和上位工業計算機構成的兩級微機控制系統。同時在需要調速的轉爐傾動和氧槍系統驅動部分采用交流變頻器以取代直流調速系統。控制方式上采用安全可靠的三地控制，即操作臺、上位機、機旁操作箱，任一方出現故障時，不影響系統正常工作。PLC與計算機采用通訊模式，上位工業控制機裝WINCC人機接口軟件。通過各種參數曲線的描述及設備運行狀態的顯示和可操作性能，使系統更具備先進自動化水準。同時在屏蔽隔離、濾波和糾錯技術的前提下，保證系統運行的最高可靠性能。
        在轉爐傾動，氧槍精確定位及控制系統中采用我公司為轉爐生產專門研制的專利產品DIS-V型轉爐傾動角度顯示儀和ZNLK智能主令控制器和YSX-Ⅲ型智能語音報警器。大大提高了轉爐自動化水準和可靠性。
        此自控系統將完整地實現爐體傾動，氧槍升降與橫移，煙罩和擋火板的控制，散裝料、合金料裝配料控制，鋼包車及稀油站控制的煉鋼過程自動化。同時車間采用五路攝像監視系統，實現對車間的重要崗位進行不間斷的監視。
轉爐的儀表系統全部由傳感器進入PLC自控系統中，使在計算機上對車間的所有儀表參數一覽無疑。
        經我們精心設計同時綜合了多年從事轉爐自動化控制的經驗我們相信這個設計是一個簡潔、可靠、性能價格比高的轉爐生產自動化控制系統。
系統結構框圖：

二、控制系統軟、硬件組成
        控制系統核心部分是西門子PLC  S7-300系統，稱重采用集成的稱重模塊，上位機用研華工業控制機，傾動和氧槍采用交流變頻器，操作界面采用非常流行的WINCC 人機接口軟件。
         轉爐煉鋼控制系統硬件框圖：

1、    PLC系統
        此煉鋼的主控制系統采用西門子S7系列的S7-300PLC。目前控制系統中稱量部分，我們采用了西門子稱重模塊，它集成在S7-300PLC系統中。電信號由現場3個傳感器（每個電子稱3個壓式荷重傳感器并聯，安裝在平面三角形的三個角）傳給稱重模塊，再經稱重模塊計算后變為重量值，通過PLC總線直接傳送到CPU ，然后在上位機上顯示出來。這種模式為目前工業稱重最先進的系統，以傳感器的毫伏信號直接進入PLC，免去了變送器和儀表等中間環節從而增強了系統抗干擾能力。校秤使用西門子提供的稱重組態軟件，通過計算機串行接口進行校秤，過程簡單、快捷，生產過程中如需校秤，可用控制系統程序由上位機下達指令，通過S7-300 PLC直接進行。
        此稱重系統是我公司在多個冶金自動化工程中應用的實例，均得到了十分滿意的效果。

2、  上位機系統
        上位機采用研華IP 610工業控制機，這是一種工業上簡捷可靠的通訊方式。這種工業控制計算機是適應于工業控制場合的專用計算機，可以24小時連續工作，抗干擾、抗灰塵、散熱、運行速度等各方面優于一般計算機。
 由于此煉鋼工藝需要的畫面較多，因而我們采用兩臺工控機進行實時顯示，從而加快了數據傳輸速度，一臺顯示控制轉爐工作過程，一臺顯示儀表數據。兩臺計算機可以實現數據共享，同時達到了故障分散的目的，增加了系統運行的可靠性。
3、 系統驅動部分
        爐體傾動驅動及氧槍提升驅動，采用交流變頻器。交流變頻器取代直流調速設備在90年代末已廣泛采用。它在滿足生產工藝性能要求的前提下使系統造價大大降低，同時也帶來系統的簡捷，維護方便，容易掌握，操作方便等諸多的優點。所以，采用交流變頻取代直流驅動是一個最優的方案。
4、   操作界面  
        上位機操作界面采用西門子專用人機接口軟件WINCC，因其功能強大、易于掌握、使用方便、可靠性好、操作簡單而受到歡迎。所有操作皆可由鼠標完成，可進行參數顯示、修改、設定，可以方便制作出動態工藝畫面，操作畫面，歷史曲線、實時曲線等功能完善的畫面。
對所有的工藝參數如：壓力、流量、溫度、重量等值在上位機上用實時曲線、歷史曲線、直方圖、參數表等方式顯示，并進行報警、統計、打印報表等處理。同時在上位機可隨時設定溫度、流量等報警值。
        所有設備的啟動與停止均可在上位機上完成，同時也可根據實際情況，在操作臺上或在機旁操作箱上完成。但每次只能一方操作不能同時進行。
每臺設備的運行狀態，可在工藝流程圖中動態顯示，并可在狀態表中顯示其運行、停止、故障、手動、自動等狀態。可以用鼠標在計算機上手動操作（根據工藝要求）每臺設備，使其運行、停止。
        實時的動畫與實時曲線顯示生產過程，實時顯示鋼溫，水溫，水流量，液位等生產工藝參數。
5、   智能語音報警器
智能語音報警器是我公司自主開發的一種高科技產品，除有燈光外還有語音輸出，不同報警有不同的語音內容輸出，可隨時根據需要錄制、修改、報警內容，聲音清晰、宏亮。
系統中的智能語音報警器，加強了系統報警能力，出現故障時，可用語音直接指出故障                                                      
四、主要完成的功能
        主要完成散裝料、氧槍、轉爐傾動及儀表三大部分的自動控制及稱量自動補償。
1、     散裝料部分：
①       在上位機上可隨時根據煉鋼的要求設定各稱量斗的重量值，顯示其每次的稱量值、誤差值、班累積、總累積，自動計算下次設定值，并作歷史曲線，交班時可對班累積清零，隨時打印報表。
②   稱量過程，由于程序中有提前量設定，且有自動誤差補償功能，系統將會根據每次需振料的重量與上次的誤差與提前量等各參數自動算出下次所需振料的重量，從而準確的停止振料機。實現對石灰、礦石、合金的自動精確稱量，每批料間都進行自動補償，超差報警并自動修正補償量，零點自動跟蹤。 
③       經誤差自動補償后，長時間的生產，累積誤差小于 5Kg,(人為因素及設備故障除外)。
④       稱量時間不大于60秒，混配時間不大于50秒，且具有卡料不停機，報警自動解除，自動延時配料功能。    
2、     轉爐傾動部分
①       為了提高電機的同步性能，在轉爐傾動中選用單臺變頻器供多臺電機方式，從而減少了同步通訊帶來的不同步性。
②       轉爐的左右傾動，我們采用手動主令來控制。由于轉爐煉鋼過程中每爐鋼的不確定因
素很多，若實現自動控制無疑會增加整個系統的故障率。整個轉爐傾動過程我們將實現多段速度控制，低速啟動、低速停止。通過手動主令的通斷給上位機和PLC發送信號，PLC接收到主令信號后，進行處理與分析，PLC的輸出點控制變頻器，不同的輸出點對應變頻器不同的輸出頻率，從而使電機實現了多段速度運行的目的。當需要調整電機速度時只需在變頻器的操作面板上修改變頻器內部參數即可，而不需要調整整個系統。
通過我公司專為轉爐研制的DIS-V型轉爐傾動角度顯示儀來動態的顯示轉爐傾動角度，操作人員可以通過觀察角度顯示儀更清楚的知道轉爐當前的角度，從而減少的事故發生率。     
3、     氧槍升降部分
氧槍主槍與備槍的精確控制采用智能主令控制器，它是老式主令的取代產品，其定位的精確度可以達到毫米級。通過與卷揚機相連的高精度電子編碼器，采集現場數據信號，在S7-200PLC內部進行處理與分析后輸出，智能主令控制器的輸出點進入主控系統，主控系統的輸出點控制變頻器的運行，從而達到精確對上極限點、上變速點、待吹點、下變速點（開氧點）、吹煉點、下極限點的定位。通過西門子漢化操作面板TD-200在操作面板上調整各輸出點對應的點數，達到精確定位的目的。
4、儀表部分
    儀表進入PLC，取消了系統中原有的二次儀表，所有數據通過PLC處理后在上位機顯示并由打印機打印。由于傳感器采集過來的信號直接進入PLC而沒有經過二次儀表處理從而減少了信號在傳遞過程中的失真因素和不確定因素。使信號更加穩定，系統更加安全可靠。
5、攝像監視系統
        為了提高整個系統的安全與可靠性，我們采用了攝像監視系統，它主要由云臺、可變焦鏡頭、彩色攝像機、電子調溫戶外防護罩、云臺與鏡頭控制器、畫面分隔器、等設備組成。
        可變焦鏡頭與彩色攝像機連接后，裝入戶外電子調溫防護罩內，然后把其整體固定在云臺上。通過四畫面分隔器把多路采樣鏡頭送入工業彩色顯視器中，同時操作人員還可以根據情況選擇想要觀察的畫面，對畫面進行放大或縮小。
        操作人員通過放在主控室內的云臺與鏡頭控制器，來操作云臺的左右與上下移動，實現360度的旋轉與控制，從而擴大了視野增加了整個監視的范圍。