数控装置在本钢转炉改造中的应用

发表时间：[2007-09-27]　　作者：　　编辑录入：admin　　点击数：2951

本钢三台转炉全部成功地完成了以PLCS7-400和通讯网 ( MPI,PROFIBUS-DP)以及SIMOREGDCM aster一6RA70数控装置为代表的第三次技术飞跃。本文就我厂转炉倾动、氧枪控制系统的改造作一介绍。

1 转炉倾动及氧枪升降概况

1.1 转炉倾动工作概况

　转炉倾动机械是用来倾动转炉炉壳完成转炉装料、兑铁水、吹炼、测温、取样、出钢、倒渣等多项工作。在生产过程中.要求转炉回转角度为0°~±360°我厂120t转炉最大倾动力矩是182.7t·m.采用两台直流电动机拖动。当一台电动机发生故障时.可由另一台电动机继续拖动转炉.但只能以低速(一档、二档)运行。两台电动机的电枢回路和励磁回路分别串有调整电阻。正常运行时.两台电机并联驱动.通过调整此两种电阻可使两台电机电流平衡。为了使钢水在转炉倾动过程中安全平稳以及缩短冶炼周期.要求转炉倾动具有良好的稳定性和可靠性。

1.2 氧枪升降工作情况

　此次转炉自动化改造.对原氧枪控制系统进行了改造.改造后每座转炉设置如下:

　 (1)两台横移台车。即氧枪A,B枪具有各自独立的横移台车.安装在厂房内转炉上方38m平台上。

　 (2)采用两套氧枪升降驱动装置.分别安装在两台横移台车上。氧枪用来对装有铁水的转炉吹氧、降碳直至冶炼成钢水。

2 转炉倾动及氧枪升降控制

2.1 倾动控制系统

　倾动控制系统为全数字可控硅直流传动调速装置。

　数控装置采用STMOREG DC Master- 6RA70全数字控制器.并由通讯板(CBP)通过PROFIBUS-DP网与转炉本体PLC联接。倾动1^#、2^#电机控制柜设置ET-200从站.使对电机的控制直接连到PROFIBUS-DP通讯网上。

2.2 氧枪系统及枪位控制

　 (1)氧枪全数字可控硅传动装置

　每炉采用A , B两套氧枪.互为备用。与之对应配备了两套全数字可控硅传动装置。氧枪全数字可控硅传动装置既可以实现A装置对A枪、B装置对B枪的一一对应控制.又可以实现A装置对B枪、B装置对A枪的交叉切换控制。

　 (2)氧枪电控柜

　由于氧枪备用关系的改变.而增加一套电机的控制回路.所以氧枪电控柜经过特殊设计.这个切换控制可以在主电室内完成.也可以在主控室操作完成。增加ET 200从站.使对电机的控制直接通过PROFIBUS-DP由主PLC完成。

　 (3)枪位控制

　氧枪枪位控制为三环系统。速度环、电流环由6RA70数控装置完成.位置环经光电码盘检测后经PLC处理来完成。

　为准确控制枪位高度.在等候点以上设置基准点，由激光位置检测器检测出氧枪头部位置，以准确确定每次换枪后枪头高度和补偿钢绳的长度变化量。

　氧枪位置控制的原理:

　首先通过副枪控制系统计算出转炉炉内钢水液面的高度.或由过程计算机提供计算的液面高度值。根据工艺要求设定氧枪吹炼点离液面的距离.这一段距离称为间隙值。钢水液面的高度+间隙值=氧枪吹炼点位置。PLC根据设定吹炼点高度与氧枪实际高度的偏差值.自动计算出APC电压(自动位置控制电压)作为可控硅传动装置的速度设定值.即速度给定值。当APC偏差的绝对值超过某设定值.即按最高速度运行.当小于该定值时按预先给定的函数关系曲线逐步减小.即运行速度按该函数曲线减速。当偏差为零时.即氧枪的设定高度与实际高度一致时.速度给出值为零.氧枪停止运行。如果间隙值变更.APC的偏差值也随之改变.使氧枪很快重新停止在一个新的高度上进行吹炼。

3 PLC系统

　 PLC系统采用SIEMENS公司的最新产品S7-400系列。每炉一套.与1, 2, 3号转炉对应分别是1^#、2^#、3^#的PLC柜.并设4^# PLC作为三座转炉的公共备用系统。1^#~4^#PLC为主站.分别安装在4个PLC柜中。

　每个PLC柜中设24V直流电源.供主站和从站使用。1^#~3^#PLC柜门均设有信号显示板.用LED发光管显示切换信号和故障信号.并设有声响报警。每个主站有独立的PROFIBU S- DP网与下属若干从站相联.以实现对各设备的控制。

3.1 PLC主站的配置

　 (1)硬件配置

　 1^#、2^#、3^# PLC的配置如下表1所示。

表1　　 1^#~3^#PLC主站系统配置表

序号	名称	型号	数量
1	机架	UR2	1
2	CPU模块	CPU414-2DP	1
3	存储器卡	RAM	1
4	数字量输入模块	SM421	1
5	数字量输出模块	SM422	1
6	通讯模块	CP443-1	1
7	电源模块	PS407	1
8	锂电池	1.9Ah	1
9	总线连接器		3

　 (2)控制程序

　转炉倾动、氧枪设备的控制程序在各炉的主站PLC中实现。如中央操作台、炉前、炉后操作台、倾动电机、氧枪电机、氧枪的横移、锁紧、钢丝绳张力、氧枪位置控制、氧枪枪体长度和钢绳长度的自动修正等控制程序.主站与从站的通讯、主站与过程机的通讯、主站与公共备用系统的通讯程序等等。

　 (3)模板的功能

　每个主站上有一个主机架和5个模板:电源模板PS407 , CPU模板414一2DP ,数字量输入模板SM421 ,数字量输出模板SM 422、以太网通讯模板443- 1.它们完成本柜上的操作控制及信号显示。

　其中.以太网通讯模板443- 1将S7- 400连接到工业以太网上.使整个吹炼过程.包括氧枪的升降动作、设定高度等信急可通过HMI人机接口画面来进行监控。

　 (4)通讯网

　通讯网为三层.即PROFIBUS-DP网、MPI网和工业以太网。

　 ① PROFIBU S- DP网:倾动、氧枪的可控硅数控装置、电控柜等以从站方式挂在S7- 400PLC的PROFIBU S- DP网上。

　 ②M P I网: 1^#、2^#、3^#、4^# PLC挂在MPI网.构成多主站网.完成倾动公共备用系统的通讯。

　 ③工业以太网:转炉的S7- 400PLC各控制站通过光纤连接并与过程计算机的工业以太网相连.使各控制站之间、各控制站与监控站(HMI)之间、各控制站与过程计算机之间相互交换控制信息。

3.2 备用PLC的配置

　 4^#备用PLC的硬件配置见表2。

　 4^#PLC通过MPI网与1^#~3^#PLC相连.所以它不需要通讯模块443- 1。它的主要任务是:倾动可控硅公共备用系统与各炉进行切换时.完成公共备用系统与各炉的切换.完成公共备用系统与各炉之间的信急交换。因此4^#PLC含有与各炉连接的切换程序和公共备用系统的控制程序。

表2　　 4^#PLC配置

序号	名称	型号	数量
1	机架	UR2	1
2	CPU模块	CPU414-2DP	1
3	存储器卡	RAM	1
4	电源模块	PS407	1
5	锂电池	1.9Ah	1
6	总线连接器		2

3.3 从站

　 PROFIBUS-DP网上的从站主要包括:

　 (1)3^#从站:ET 200M结构.设在中央操作台内.主要完成炉前、炉后操作台的倾动操作和状态显示;　　　

　 (2)9^#从站:ET 200M结构.设在38m平台。主要完成:①氧枪张力检测:钢丝绳张力检测的传感器每枪两个.选用金钟衡器的T一BF称重传感器。传感器的二次仪表选用SIEMENS公司的SIWAREXU称重智能模块.它将自动化称重功能全部集于一身.能准确地测量质量和力。②氧枪现场操作与监视、氧枪位置检测点的采集:A,B两氧枪的升降动作、状态监视以及两氧枪旋转主令控制器上的位置检测点、横移台车的位置开关等。

　 (3)10^#从站

　位置码盘信号采集.设在38m平台。

　为检测氧枪高度.在A、B两枪的卷筒轴上装有SIEMENS公司产的绝对值式多圈编码器。该编码器为每圈4 096个码.可转4 096圈.分辨率为2²⁴。采用GRAY码编码和传送方式。绝对值式编码器有位置记忆功能.掉电后不会丢失位置码。码盘信号通过IM 1784远程位置控制模块连接到PROFIBU S- DP网上.所以码盘数值可通过PROFIBU S-DP网传送至S7- 400CPU中.实现枪位的检测。

　 (4)4^#、5^#、7^#从站

　分别设在倾动电柜、氧枪A调节柜、氧枪B调节柜中。通过装在6RA70全数字直流传动控制器中的CBP PROFIBU S接口板与S7-400主站通讯。通过网络接收操作台的给定控制信号，实现生产操作的要求。系统的连锁保护、切换以及可控硅装置对电机控制柜、电机切换柜的控制信息都通过该网络进行。

　 (5)6^#、8^#从站

　 6^#、8^#从站设在倾动、氧枪的电控柜和切换柜中。选用S7一215 PLC.该PLC上集成了PROFIBU S接口.主机为14DI/10DO.并可搭载DI、DO、AI、AO等扩展模块。

　电控柜、切换柜中的直流操作电源、过流、过压、欠励、闸、能耗制动、系统切换等信号的信息交换经S7-215与S7-400主站交换。

4 结束语

　本钢炼钢厂三座转炉倾动、氧枪升降电控系统升级改造.是在总结过去20年运行经验的基础之上.考察比较宝钢、武钢、鞍钢等国内主要炼钢厂的倾动、氧枪控制系统的优点上进行的。具有可靠、稳定、维护量小、技术含量高的特点。它提供了转炉、氧枪设备控制的典范模式.具有很高的实用价值和推广意义，也为本钢炼钢厂的腾飞提供了可靠的保证。