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案例頻道 摘 要：通過對100噸轉(zhuǎn)爐本體氧搶系統(tǒng)、傾動(dòng)系統(tǒng)、現(xiàn)場總線的改造，使自動(dòng)控制系統(tǒng)功能更加完善，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定, 使用效果良好,大大減少了轉(zhuǎn)爐因設(shè)備故障而熱停的次數(shù)和時(shí)間。設(shè)備損壞率明顯降低完善
關(guān)鍵詞：氧搶系統(tǒng)；PLC；現(xiàn)場總線
1 工藝及主要設(shè)備介紹
安鋼第一煉軋廠100ｔ轉(zhuǎn)爐于2004年3月26日投產(chǎn)，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬噸。采用頂?shù)讖?fù)吹工藝，底吹惰性氣體；轉(zhuǎn)爐設(shè)置兩套氧槍提升及橫移裝置，互為備用可遠(yuǎn)程換槍作業(yè)；設(shè)置專用氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)，采用濺渣護(hù)爐技術(shù)；采用強(qiáng)制循環(huán)及汽化冷卻相結(jié)合的煙道系統(tǒng)及新一代一次煙氣除塵系統(tǒng)。
2 自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)
（1)100噸轉(zhuǎn)爐整體控制系統(tǒng)選用西門子PLC S7-400系列產(chǎn)品組成工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)監(jiān)控軟件選用西門子WINCC5.0版本, 遠(yuǎn)程I/O現(xiàn)場總線及遠(yuǎn)程站選用圖爾克系列產(chǎn)品。
（2)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)、氧槍升降、汽化供水泵、副原料裝入、輔助車輛驅(qū)動(dòng)控制采用西門子變頻器系列產(chǎn)品,其中轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制采用閉環(huán)控制保證四臺電機(jī)同步運(yùn)行。
3 轉(zhuǎn)爐本體電氣自動(dòng)化系統(tǒng)功能描述
電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)正是按上述工藝要求進(jìn)行的，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制、基礎(chǔ)自動(dòng)化控制、儀表控制、電氣控制組成。
（1)計(jì)算機(jī)通過通訊裝置采集生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理、輸出控制命令，并與精煉和連鑄計(jì)算機(jī)通訊。
（2)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制
PLC-1 復(fù)吹系統(tǒng)
PLC-2 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng),氧槍系統(tǒng)
PLC-3 汽化系統(tǒng)
PLC-4 二次除塵系統(tǒng)
PLC-5 副原料上料系統(tǒng)
PLC-6 副原料投入系統(tǒng)
（3)儀表系統(tǒng)主要功能是對各種參數(shù)（壓力、溫度、流量、物位、成分等）進(jìn)行檢測與控制；主、副原料、鐵合金等物理量的稱量。
（4)電氣系統(tǒng)主要功能是用于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)、氧槍升降控制；各種泵站閥站控制；皮帶輸送控制；副原料裝入控制；輔助車輛控制等。
4 轉(zhuǎn)爐本體電氣自動(dòng)化系統(tǒng)改造與完善
4.1 氧槍系統(tǒng)存在問題與改造措施
4.1.1轉(zhuǎn)爐氧槍控制功能完善
轉(zhuǎn)爐氧槍控制與氧槍鋼絲繩張力聯(lián)鎖的完善與否，對于轉(zhuǎn)爐能否安全生產(chǎn)，避免惡性事故的發(fā)生，起著舉足輕重的作用。在我廠100噸轉(zhuǎn)爐氧槍張力檢測單元存在無法克服的缺陷：氧槍張力隨著轉(zhuǎn)爐氧槍的升降出現(xiàn)大幅度的變化，雖經(jīng)多次安裝調(diào)整，氧槍張力檢測仍然無法達(dá)到理想狀態(tài)。實(shí)施的改進(jìn)方案是：
a 根據(jù)氧槍升降過程中鋼絲繩張力變化的規(guī)律，制定了氧槍控制與氧槍鋼絲繩張力聯(lián)鎖保護(hù)的氧槍鋼絲繩張力上限為4.2噸,下限為0.8噸(氧槍鋼絲繩張力量程為0---4.5噸)。
b 當(dāng)氧槍正常運(yùn)行氧槍鋼絲繩張力≥4.2噸時(shí)，氧槍自動(dòng)停止提槍，檢查氧槍系統(tǒng)沒有問題并且進(jìn)行復(fù)位后，氧槍才能操作運(yùn)行。但此時(shí)復(fù)位后如果氧槍鋼絲繩張力仍未恢復(fù)正常，氧槍運(yùn)行只有10秒時(shí)間，且只能下槍而不能提槍。
c 當(dāng)氧槍正常運(yùn)行氧槍鋼絲繩張力≤0.8噸時(shí),氧槍自動(dòng)停止下槍，檢查氧槍系統(tǒng)沒有問題并且進(jìn)行復(fù)位后，氧槍才能操作運(yùn)行。但此時(shí)復(fù)位后如果氧槍鋼絲繩張力仍未恢復(fù)正常，氧槍運(yùn)行只有10秒時(shí)間，且只能提槍而不能下槍。
d 氧槍鋼絲繩張力異常時(shí)，我們采取的是自動(dòng)封鎖氧槍變頻器輸出而不是斷電保護(hù)，更有利于氧槍系統(tǒng)的操作安全保護(hù)。
經(jīng)過上述轉(zhuǎn)爐氧槍控制與氧槍鋼絲繩張力聯(lián)鎖功能的改進(jìn)和完善后，有效地解決了氧槍升降過程中氧槍小車卡軌等可能造成嚴(yán)重后果的異常問題，防止惡性事故的發(fā)生，取得了良好的運(yùn)行效果。
4.1.2 氧槍的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造
（1）工作原理：氧槍下到吹煉位或?yàn)R渣位時(shí)PLC給出4～20mA，控制閥的氣缸進(jìn)氣使閥打開。
（2）氧槍自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障：首先，濺渣時(shí)氮?dú)忾y不能打開，或是提槍后氮?dú)忾y不能關(guān)閉。其次，調(diào)節(jié)閥不能調(diào)節(jié)。其后果是：
① 影響生產(chǎn)時(shí)間，直接降低產(chǎn)量。
② 不能濺渣，降低爐襯的使用壽命，直接增加成本的消耗。
③ 由于閥門開關(guān)不好使用，使職工要在50多米的高空來回上下，大大地增加了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)增加了不安全因素（煤氣濃度大）。
（3）故障原因及解決辦法
① 當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)氣缸為3000N扭矩氣動(dòng)球閥，而實(shí)際氣體壓力在20MPa左右，與實(shí)際相差太大，是氣動(dòng)切斷閥開關(guān)不好使用的一個(gè)原因，儀表壓縮空氣雜質(zhì)太多，是閥門不好用的另一原因。
② 解決辦法：與儀表廠家相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行研討，把氣動(dòng)球閥改為氣動(dòng)直行程快切閥，在儀表氣缸前進(jìn)氣管加過濾器。經(jīng)過改造，目前系統(tǒng)運(yùn)行正常。
③ 轉(zhuǎn)爐氧槍提升系統(tǒng)抱閘改造
轉(zhuǎn)爐氧槍提升系統(tǒng)抱閘原先設(shè)計(jì)為單個(gè)液壓抱閘，在使用過程中出現(xiàn)因液壓抱閘磨損或調(diào)整不到位等因素而發(fā)生氧槍下滑溜槍現(xiàn)象，為了消除事故隱患，增加設(shè)備運(yùn)行的可靠性，保證安全生產(chǎn)，我們對之進(jìn)行改造完善。為了保證液壓抱閘動(dòng)作的同步，防止出現(xiàn)異常情況，我們采取的改造方案是使用同套液壓抱閘控制系統(tǒng)同時(shí)控制兩套液壓抱閘，這樣可以有效地實(shí)現(xiàn)液壓抱閘動(dòng)作的同步，保證設(shè)備的正常可靠運(yùn)行。實(shí)施改造以后，設(shè)備運(yùn)行良好，從未出現(xiàn)氧槍下滑溜槍的異常情況。
④ 轉(zhuǎn)爐氧槍控制與汽化系統(tǒng)聯(lián)鎖完善
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況，對其影響安全生產(chǎn)的地方進(jìn)行了以下功能聯(lián)鎖完善：
·正常下槍條件聯(lián)鎖：
在生產(chǎn)過程中隨著氧槍的升降汽包水位波動(dòng)幅度很大，在下槍冶煉以及二次下槍吹煉過程中，尤其是在吹煉過程中的二次下槍吹煉，因汽包水位波動(dòng)超出正常下槍條件導(dǎo)致無法自動(dòng)下槍吹煉，必須等到液位恢復(fù)正常才能自動(dòng)下槍吹煉，嚴(yán)重影響生產(chǎn)時(shí)間。由于這個(gè)聯(lián)鎖條件在轉(zhuǎn)爐安全生產(chǎn)過程中必不可少，我們對其聯(lián)鎖進(jìn)行了完善。根據(jù)現(xiàn)場跟蹤觀察，正常下槍汽包水位由原先設(shè)定的0——+300mm更改為-300mm——+300mm，能夠滿足正常安全生產(chǎn)的需要。經(jīng)過完善以后，使用情況良好，從根本上解決了氧槍因汽包水位波動(dòng)而造成的無法自動(dòng)下槍吹煉的問題。
·汽包水位異常緊急提槍條件聯(lián)鎖：
為了保證轉(zhuǎn)爐的安全生產(chǎn)，根據(jù)實(shí)際情況，我們在汽包水位以下幾個(gè)點(diǎn)位設(shè)定了報(bào)警點(diǎn)（汽包液位低報(bào)警—350mm；汽包液位高報(bào)警+450mm）和緊急提槍點(diǎn)（汽包液位低低報(bào)警—650mm；汽包液位高高報(bào)警+600mm）。汽包液位一旦達(dá)到報(bào)警點(diǎn)就在操作畫面上出現(xiàn)報(bào)警，但不參與氧槍控制；汽包液位一旦達(dá)到緊急提槍點(diǎn)氧槍就自動(dòng)緊急提槍到氧槍等待位。
⑤轉(zhuǎn)爐氧槍控制功能優(yōu)化
根據(jù)安全生產(chǎn)需要，我們在轉(zhuǎn)爐控制程序上進(jìn)行了多方位的功能優(yōu)化完善：
·轉(zhuǎn)爐氧槍開閉氧點(diǎn)、開閉氮點(diǎn)根據(jù)生產(chǎn)情況而進(jìn)行了多次優(yōu)化設(shè)定，使其能夠更好地服務(wù)于生產(chǎn)需要。
·轉(zhuǎn)爐氧槍升降速度在原先的慢速（變頻器輸出10HZ）和快速（變頻器輸出40HZ）的基礎(chǔ)上增加了中速（變頻器輸出30HZ）。氧槍中速只在氧槍等待位以下才起作用，這是為了氧槍在吹煉點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。
· 根據(jù)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)搖爐需要，五擋傾動(dòng)速度又進(jìn)一步進(jìn)行功能優(yōu)化完善，五擋傾動(dòng)速度分別為：一擋傾動(dòng)變頻器輸出為7HZ，二擋傾動(dòng)變頻器輸出為14HZ，三擋傾動(dòng)變頻器輸出為21HZ，四擋傾動(dòng)變頻器輸出為28HZ，五擋傾動(dòng)變頻器輸出為35HZ。
4.2 轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場總線改造
100噸轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)后，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，對鐵水車進(jìn)行了改造，以前的鐵水車現(xiàn)場總線及操作箱不再使用，同時(shí)由于當(dāng)初的現(xiàn)場總線過長，串聯(lián)的分站比較多，再加上現(xiàn)場環(huán)境惡劣，經(jīng)常造成通訊故障，排除故障的時(shí)間過長，嚴(yán)重影響制約生產(chǎn)，現(xiàn)對下面現(xiàn)場總線進(jìn)行了改造。改造完成以后，現(xiàn)場總線不但減少了長度，而且布局更為合理，同時(shí)加強(qiáng)線路的防護(hù)，大大減少了故障率，運(yùn)行情況良好，有力地保障了正常生產(chǎn)。
氧槍傾動(dòng)PLC：在原來的兩路通訊回路基礎(chǔ)上增加一塊通訊板，將2路改為3路。
改造前：1路：PLC CPU DP口→→出鋼搖爐操作臺→→爐后門操作箱→→出渣搖爐操作臺→→主控室操作臺→→卷簾門操作箱→→爐前門操作箱→→兌鐵搖爐操作臺→→1#氧槍操作箱→→氧槍橫移操作箱→→氧槍鎖定缸操作箱→→2#氧槍操作箱→→2#氧槍編碼器→→1#氧槍編碼器
2路：PLC CP443-5模板 →→傾動(dòng)變頻器1#→→傾動(dòng)變頻器2#→→傾動(dòng)變頻器3#→→傾動(dòng)變頻器4#→→氧槍變頻器1#→→氧槍變頻器2#→→鋼包車變頻器→→傾動(dòng)編碼器→→渣車操作臺9CT→→爐后鋼包車操作臺1CT→→渣車操作臺7CT→→渣車操作臺8CT→→氬站鋼包車操作臺2CT
改造后：1路：PLC CPU DP口→→出鋼搖爐操作臺→→爐后門操作箱→→出渣搖爐操作臺→→主控室操作臺→→卷簾門操作箱→→爐前門操作箱→→氧槍橫移操作箱→→氧槍鎖定缸操作箱→→2#氧槍操作箱→→2#氧槍編碼器→→1#氧槍操作箱→→1#氧槍編碼器
2路：CP443-5模板 →→傾動(dòng)變頻器1#→→傾動(dòng)變頻器2#→→傾動(dòng)變頻器3#→→傾動(dòng)變頻器4#→→氧槍變頻器1#→→氧槍變頻器2#→→兌鐵搖爐操作臺
3路：CP443-5模板→→傾動(dòng)編碼器→→渣車操作臺9CT→→爐后鋼包車操作臺1CT→→渣車操作臺7CT→→渣車操作臺8CT→→氬站鋼包車操作臺2CT
5 結(jié)束語
通過對轉(zhuǎn)爐本體、氧槍系統(tǒng) 、現(xiàn)場總線系統(tǒng)改造后,主要達(dá)到以下效果:
1)一年來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定, 使用效果良好,大大減少了轉(zhuǎn)爐因設(shè)備故障而熱停的次數(shù)和時(shí)間。
2)設(shè)備損壞率明顯降低。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號