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基于ControlLogix 自动控制技术的炼钢转炉控制系统
发布日期:2013/3/13 12:24:19   编辑:中厚板www.zhonghouban.cn   来源:www.zhonghouban.com
刘汉林(攀钢新钢钒股份有限公司检修中心,四川攀枝花617000)摘要:介绍了罗克韦尔自动化公司的自动控制技术在炼钢转炉的成功应
刘汉林(攀钢新钢钒股份有限公司检修中心,四川攀枝花617000)
 
摘要:介绍了罗克韦尔自动化公司的自动控制技术在炼钢转炉的成功应用,对自动拉制系统的硬件组态及控制功能的应用进行了阐述。

    关键词:ControlLogix DeviceNet , FORCE ,数据传精

Abstract: This paper introduces the successful application of RockWell Automation control system in the steel making converter, expatiate application the hardware configuration of auto control system and control function.
 
Keywords:ControlLogix deviceNet,FORCE,data transmit
新建成的两座,20T 炼钢转炉的生产规模为年生产钢水2754 万吨,为先期建成的一台四机四流大方坏连铸机和板坯连铸机供给钢水。本文将对其基础级自动控制系统进行阐述。
1 生产工艺简介
转炉冶炼通常从主原料装人开始,将装在废钢料槽中经废钢区电子称称量合格后的废钢装入转炉,然后再用起重机吊运经称量后的铁水从转炉炉前兑入转炉,主原料装人完毕后,转炉回复到垂直位置,开始下降氧枪进行吹氧冶炼。吹氧开始后2 ~3 分钟下降活动烟罩,开始煤气回收,在吹氧过程中根据需要分批加入副原料造渣进行钢水冶炼,同时进行炉气分析,吹氧停止前2 ~ 3 分钟时,活动烟罩上升;吹氧结束后,进行测温取样定氧定碳,当钢水温度及碳含量满足终点控制要求后,即可开始准备出钢,操作人员在现场操作室内操作转炉进行出钢;将钢水装入放置在钢水罐车上的钢水罐中,当出钢过程进行至1 / 3 时,开始向钢水罐中添加脱氧剂及合金化操作,出钢完毕后,再将钢渣倒人钢渣罐中,留少部分钢渣进行溅渣护炉工序,整个冶炼周期亦就完成。
2 系统简介

    系统采用了罗克韦尔自动化的1756 一L63M24 ControlLogix 5562 控制器为主控制器,选用1336 FORCE 系列变频器为重要设备的驱动装置,以工业以太网及ControlLogix 为主要的控制网络,该自动控制系统采用环型网络拓扑结构,由3 套过程控制服务器、2 套HMI 服务器(冗余)、1 套开发维护终端、1 套网络管理计算机、1 套工程师站、1 套编程器、19 套操作员站、9套PLC 和相应的网络设备构成(如图1 )。
 
    控制系统连接网络共有4层:①设备网(DeviceNet/ProfiBus);②控制(ControLogix);③厂级管理网(Ethernet/IP);④局域网(Ethernet/IP)。罗克韦尔公司的自动控制系统主要应用于设备网及控制网,合称为基础自动化级(如图2 ) ,主要完成设备的顺序控制、联锁控制、位置控制、速度控制、参数调节、故障检测与报警、 现场数据采集等任务,是保证工艺设备正常运行的关键。
 
3 系统控制功能及实现
 
在转炉冶炼生产过程中,各种控制功能的设计均是以安全、稳定为主要的设计思路,加之控制系统繁多,控制系统之间关系密切。
 
3 . 1 PLC程序设计

    系统各控制功能采用罗克韦尔公司专用编程软件RSLogix5000 ,根据控制功能的特点运用梯形图、语句表、流程图来实现各功能的编制,共分为转炉本体控制程序、电气公用控制程序、仪表公用程序、合金控制程序、喂丝控制程序、除尘控制程序等七套系统功能控制程序,通过采用工业以太网的通信方式,使得各控制程序中的数据信息共享,简化了数据传输通道,提高了系统的实时性及稳定性。

3 . 2 主要电气控制功能

    在运用交流变频调速的基础上,通过Control Net 和DeviceNet 通讯网络,将核心控制单元与驱动装置组建为一个以通讯网络为主的控制网,利用罗克韦尔公司稳定、可靠的网络通讯技术,将生产过程控制指令进行模数化,减少外界对控制信号进行干扰的机率,同时通过数据传送的方式,将设备状态及运行信号,反馈至中央控制系统,为生产操作人员提供友好的人机界面。
 
3. 3 主要控制功能及关键技术的实现

    炼钢转炉的控制系统具有功能复杂,冶炼工艺联锁繁多,安全性能要求高,数据传送量大,实时性强等主要特点,促使参与控制系统的核心单元在可靠、安全、通讯性能等各方面要求严格。
 
3.3 . 1 主要控制功能
 
基于ControILogix 自动控制技术的炼钢转炉控制系统,主要应用于转炉冶炼生产的基础自动化控制,通过ControlLogix 自动化控制技术可完成基础生产工艺过程的自动控制,可实现转炉生产现场设备的自动联锁,介质温度、压力、流量的检测及调节,数据的过程传送处理,故障报警,以及生产设备状态的“在线”实时监控等功能。其中,包含有以下各类功能:转炉炉体倾动传动功能、氧枪升降及换枪功能、辅助原料传送及添加、合金原料传送及添加、一次除尘系统的检测及调节、二次除尘系统的检侧及调节、软水系统的给定、水处理系统的控制以及各单元间的通讯功能、副枪的控制及检测功能、炉气分析的检测功能、喂丝功能以及生产的在线监控等。

3 . 3 . 2 关键技术

    ( 1 )变频调速控制技术

    转炉倾动传动、氧枪升降、喂丝机、钢水运箱车、辅助原料加料、合金加料等设备均采用了变频调速控制技术,PLC 通过ControlNet、DeviceNet 以、EthernNet 通讯方式将控制指令传送至驱动变频器,同时接受变频器的运行状态,控制程序则通过MOV 指令将变频器所需的各类控制信息以控制字的数据格式传送至变频器.从而实现变频调速的自动控制。

    ( 2 )转炉倾动启/停控制技术

    炼钢转炉是一个大惯量、恒转矩负载,转炉冶炼生产是一个高危险的生产工艺,设备安全运行是一个关键,为此,利用磁场定向控制技术(FORCE ) ,开放变频器的内置矢量控制功能,在启动过程中采用电流/转矩控制,保证电动机在建立足够的电磁转矩的情况下打开制动器,防止转炉倾动机构出现“滑炉”现象。在停车过程中,结合电动机的机械特性,采用WF 控制,将转速降低到一定值后,先提供一定的电磁制动力矩后,当电动机运行转速接近零速时,再产生制动命令,提高定位的精度,减少停车时机械冲击。

    ( 3 )氧枪高度定位控制算法

    在氧枪升降的控制系统中,高度的定位精度是一个难点,直接影响转炉冶炼的工艺控制精度。在氧枪升降的控制系统中,采用“逼近法”来进行升降速度的控制,通过安装在传动机构上的位置编码器,将高度的数值实时地反馈至控制系统中.与预先设定的目标高度数值进行比较,当比较差值的绝对值大于500mm 时,运行速度按给定值进行运行,当小于500mm 时,采用逼近递减方式,将运行速度按预先设定完成的“刹车曲线”进行速度调节,使在高度目标值附近时,运行速度较为平稳地减小直至达到零速,从而提高了定位精度,其定位精度误差小于50mm ,满足了生产工艺的要求。

4 结束语
 
基于ControILogix 自动控制技术的炼钢转炉控制系统,集成了罗克韦尔自动化公司的PLC 控制技术、ControlLogix 过程控制技术、Wonderware公司工业监控技术、网络通讯技术,以及变频调速中的磁场定向控制技术,实现了炼钢转炉基础生产工艺过程的自动化控制,可完成炼钢转炉生产现场设备的运行控制、冶炼联锁控制、介质参数检测及调节、生产数据处理及传送、故障报警诊断,以及生产状况在线监控功能,并与VAI 的自动炼钢模型相连接,具备了“一键”自动炼钢的功能。
 
参考文献

【1 】邹金慧可编程序控制器及其系统[M] 重庆:重庆大学出版社,2002
 
【2 】ControlNet 系统概述技术手册[K ]

【3 】 Logix5550 Controller 用户手册[K ]
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