圖1 25t轉(zhuǎn)爐原自動(dòng)化控制系統(tǒng)

　　25t轉(zhuǎn)爐自1991年投入使用后，自動(dòng)化系統(tǒng)先后暴露出一些問(wèn)題，主要是：
　 （1）系統(tǒng)PLC與MICON—200兩部分間的通訊性能較差。PLC與MICON—200之間傳遞的大量重要信號(hào)、聯(lián)鎖點(diǎn)，都依靠電纜直接將回路控制器P—200與PLC的I/O模塊相連，線路復(fù)雜且不可靠。
（2）維護(hù)難度大。MICON—200系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要求較高，使用壽命較短，且控制板通用性差。
?。?）PLC系統(tǒng)設(shè)置不合理，特別是I/O站位處生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，大量煙塵導(dǎo)致故障較多。
?。?）系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平較低，外部繼電器聯(lián)鎖較多，而且三電一體化程度較差。

2.3 改造要求

　 （1）以實(shí)用性為主，從現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)與維護(hù)的實(shí)際出發(fā)，對(duì)轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。
?。?）要具有較強(qiáng)的獨(dú)立性。3座轉(zhuǎn)爐應(yīng)相互獨(dú)立，同一轉(zhuǎn)爐的各控制系統(tǒng)也應(yīng)具有一定的獨(dú)立性。
　（3）應(yīng)具有一定的先進(jìn)性。改造后應(yīng)有較高的自動(dòng)化水平，并為以后實(shí)現(xiàn)智能化煉鋼及自動(dòng)化管理創(chuàng)造條件。
　（4）經(jīng)濟(jì)可行，有較高的投入產(chǎn)出效益。

2.4 改造方案

　　（1） 采用多套PLC系統(tǒng)，分別完成各自相對(duì)獨(dú)立的控制功能。
（2） 采用多層網(wǎng)通訊，避免因通訊故障引起的系統(tǒng)故障。
　?。?） 實(shí)現(xiàn)電氣、儀表、計(jì)算機(jī)一體化的工業(yè)控制模式。
　?。?） 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與信息調(diào)度網(wǎng)、煉鋼管理網(wǎng)相互進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
　?。?） 具有簡(jiǎn)單的故障診斷系統(tǒng)，提高故障處理速度。

　　改造后的轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 改造后的轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)

3 系統(tǒng)改造內(nèi)容

3.1 轉(zhuǎn)爐PLC控制系統(tǒng)

　　如圖2所示，整個(gè)轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)由多套PLC組成，其中每座轉(zhuǎn)爐的本體PLC采用Quantum-140CPU21304主機(jī)，并帶有2個(gè)遠(yuǎn)程I/O分站，設(shè)有3個(gè)監(jiān)控站，主要完成氧槍氣、水的監(jiān)控和操作，散狀料系統(tǒng)的監(jiān)控與操作，煤氣回收系統(tǒng)的監(jiān)控和操作；每座轉(zhuǎn)爐的傳動(dòng)PLC采用984—E685主機(jī)，并設(shè)有1個(gè)監(jiān)控站，主要完成對(duì)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)和氧槍升降變頻器的控制，并對(duì)操作進(jìn)行監(jiān)視。

　3座轉(zhuǎn)爐的公用部分也由多套PLC組成，汽化、上料等PLC采用984—685主機(jī)，并設(shè)有1個(gè)監(jiān)控站，主要完成3座轉(zhuǎn)爐的汽化冷卻系統(tǒng)和上料系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，取消了所有二次儀表，實(shí)現(xiàn)了三電一體化。鋼水稱量PLC采用984—685主機(jī)，主要完成3座轉(zhuǎn)爐鋼水的稱量及傳輸顯示，信息PLC采用Quantum140CPU21304主機(jī)，并設(shè)3個(gè)監(jiān)控站，主要傳遞及監(jiān)視煉鋼廠生產(chǎn)信息。在PLC選用上有984和Quantum，主要是考慮利用原有984PLC和減少改造投資。

3.2 通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

　　轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用的是多層網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要由 Modbus Plus （MB+）網(wǎng)構(gòu)成，以求減少系統(tǒng)間的相互影響。Modbus Plus網(wǎng)通過(guò)使用低成本的雙絞線電纜使得計(jì)算機(jī)、控制器和其它數(shù)據(jù)源，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上作為同位體進(jìn)行通信。本體PLC和汽化PLC與遠(yuǎn)程I/O站之間通信選用冗余的同軸電纜通過(guò)通信模塊進(jìn)行通信。每座轉(zhuǎn)爐本身內(nèi)各PLC和監(jiān)控站之間的通信采用在PLC上加通信模塊NOM的方案，在監(jiān)控站安裝SA85網(wǎng)卡，與NOM模塊上Modbus Plus接口組成Modbus Plus網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)分級(jí)通過(guò)NOM模塊完成，依靠網(wǎng)橋可完成ModbusPlus網(wǎng)絡(luò)分段。這樣，3座轉(zhuǎn)爐間通信網(wǎng)就具有三段Plus網(wǎng)，和兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，其作用是提高網(wǎng)絡(luò)總體運(yùn)行速度，并減少主體生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。

　整個(gè)轉(zhuǎn)爐Plus網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)：

　?。?）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了，易于安裝，費(fèi)用低廉。
　?。?） 網(wǎng)絡(luò)中各PLC系統(tǒng)是對(duì)等的MB+網(wǎng)絡(luò)從站，是提供被監(jiān)控參數(shù)的站點(diǎn)；各監(jiān)控計(jì)算機(jī)是對(duì)等的MB+網(wǎng)絡(luò)主站，是網(wǎng)絡(luò)通信中令牌的占用者、控制者。各監(jiān)控計(jì)算機(jī)可對(duì)MB+網(wǎng)絡(luò)中的任意PLC系統(tǒng)所控制的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。
　?。?） 因其對(duì)等性，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的任意性，使得各監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)際可互為備用，且網(wǎng)絡(luò)設(shè)備易于擴(kuò)展、更換。
　?。?） 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信速率高，控制實(shí)時(shí)性能力強(qiáng)，不會(huì)導(dǎo)致控制滯后。

　另外，通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)PLC以太網(wǎng)模塊NOE可實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)信息網(wǎng)相連，會(huì)同鑄機(jī)傳來(lái)的信息，為建立完善、

　　先進(jìn)的生產(chǎn)過(guò)程管理模式打下了較好的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.3 應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)

　　轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制應(yīng)用軟件主要包括：

　?。?）PLC具體控制程序的開(kāi)發(fā)：主要是針對(duì)工藝要求進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和控制方式的選擇，并完成對(duì)被控對(duì)象具體的閉環(huán)PID控制和其它控制。由于采用多PLC系統(tǒng)，因此CPU的運(yùn)行反應(yīng)時(shí)間完全能滿足工藝調(diào)節(jié)控制要求。

　（2）監(jiān)控站上畫面操作系統(tǒng)的編制和工藝控制模型的開(kāi)發(fā)：主要利用工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用軟件FIX系列軟件，針對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控站工藝流程監(jiān)控畫面的開(kāi)發(fā)；利用微軟公司SQL7.0數(shù)據(jù)庫(kù)和VB編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)過(guò)程控制模型。

3.3.1 氧槍系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 以“自動(dòng)、手動(dòng)”兩種控制方式對(duì)監(jiān)控站、本體PLC、傳動(dòng)PLC進(jìn)行編程。

　傳動(dòng)PLC主要任務(wù)是：接收監(jiān)控站的槍位設(shè)定值或手動(dòng)速度給定，接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的特殊點(diǎn)信號(hào)、氧槍傳動(dòng)裝置信號(hào)及本體PLC傳送的氧槍水、氣、張力等聯(lián)鎖信號(hào)，在滿足所有動(dòng)槍條件的前提下，給氧槍變頻器發(fā)送上升、下降或停止及開(kāi)啟氧槍抱閘的命令。動(dòng)槍程序的功能是：在自動(dòng)控制方式下，接收槍位給定值，并存于內(nèi)部寄存器中，再與由編碼器輸入的實(shí)際槍位相比較，從而確定升降及升降速度并將控制信號(hào)輸?shù)阶冾l器控制端子。同時(shí)與相應(yīng)的抱閘動(dòng)作結(jié)合，氧槍在升降過(guò)程中隨著實(shí)際槍位的變化而不斷地改變給定升降速度，以確保槍位的準(zhǔn)確。在手動(dòng)控制下則完全由操作員根據(jù)槍位顯示，手動(dòng)控制升、降、停及升降速度。

本體PLC主要任務(wù)是：采集氧槍系統(tǒng)的所有模擬量，并根據(jù)工藝要求對(duì)部分模擬量進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，給傳動(dòng)PLC發(fā)送聯(lián)鎖信號(hào)并接收傳動(dòng)PLC的槍位信號(hào)。對(duì)氧氣的流量調(diào)節(jié)由接收設(shè)定值槍位及采集的氧氣溫度、壓力、流量信號(hào)及音頻化渣信號(hào)，按標(biāo)準(zhǔn)公式進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的流量值作為PID調(diào)節(jié)的實(shí)際輸入值。同樣對(duì)于冷卻水的調(diào)節(jié)也根據(jù)進(jìn)出水溫度、流量設(shè)定值、壓力等進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。并根據(jù)出鋼信號(hào)和槍位信號(hào)自動(dòng)完成氧、氮切換，控制濺渣護(hù)爐。

　監(jiān)控站的功能是：接收、顯示本體PLC和傳動(dòng)PLC發(fā)來(lái)的氧槍聯(lián)鎖條件。在自動(dòng)、手動(dòng)方式下向傳動(dòng)PLC發(fā)送槍位設(shè)定值或手動(dòng)給定速度，并接收顯示實(shí)際槍位，對(duì)吹煉過(guò)程的各工藝參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。并根據(jù)工藝要求，在監(jiān)控工控機(jī)中存入多種氧槍自動(dòng)方案數(shù)據(jù)表。在自動(dòng)方式下，根據(jù)吹煉要求選定一個(gè)方案后，整個(gè)冶煉過(guò)程中槍位的設(shè)置及氧流量的設(shè)定和調(diào)節(jié)就可自動(dòng)進(jìn)行。

3.3.2 散狀料系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 以“自動(dòng)、手動(dòng)”兩種方式對(duì)本體PLC和監(jiān)控站進(jìn)行編程，其功能是按工藝要求對(duì)8個(gè)振動(dòng)給料器、4個(gè)稱量斗、4個(gè)氣插閥進(jìn)行操作和控制。在自動(dòng)方式下，在監(jiān)控站工控機(jī)中建立由工藝提出的多種下料方案，選定方案后，在吹煉過(guò)程中，根據(jù)吹煉時(shí)間，將下料量傳到本體PLC，由PLC根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)下料和稱量，并在監(jiān)控站對(duì)整個(gè)下料動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行顯示。在手動(dòng)方式下，由監(jiān)控站根據(jù)下料動(dòng)態(tài)畫面，采用鍵盤操作，操作信息傳到本體PLC后，再由PLC控制下料。

　　轉(zhuǎn)爐應(yīng)用軟件還有轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)軟件、汽化凈化系統(tǒng)軟件、轉(zhuǎn)爐煤氣回收軟件、高壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)軟件、故障診斷系統(tǒng)軟件等。

4 結(jié)語(yǔ)

　　濟(jì)鋼25t轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)任務(wù)非常緊，對(duì)轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造只能利用每年的幾次整體檢修時(shí)間進(jìn)行。由于轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用多層網(wǎng)多PLC控制，因此整套系統(tǒng)改造非常適合分多次逐漸完成，并根據(jù)運(yùn)行情況分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。目前已有煤氣回收、汽化凈化控制、底吹系統(tǒng)、高壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，并正對(duì)氧槍、下料等系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，進(jìn)一步完善開(kāi)發(fā)智能化煉鋼模型，一旦時(shí)機(jī)成熟就將實(shí)現(xiàn)智能化煉鋼。