1、引言
一鋼廠“平改電”工程經(jīng)過兩年多緊張的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試后，其電爐系統(tǒng)己于2000年1月正式投產(chǎn)。
該電爐由太鋼二鋼廠60年代末引進(jìn)的AESA公司的50t電爐改造而成。其基本工藝為爐蓋旋開頂裝料，偏心底出鋼。電爐設(shè)備主要
由以下部分組成；爐體、水冷爐蓋、傾動(dòng)機(jī)構(gòu)、電極升降機(jī)構(gòu)、爐蓋提升旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大電流線路、維修裝置、加料裝置、水冷、氣動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。
其電氣控制采用電控、儀控及計(jì)算機(jī)控制三電一體考慮，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由操作員站、三臺(tái)可編程控制器和五個(gè)遠(yuǎn)程I/O站組成。涉及開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)800多個(gè)、模擬量輸入輸出40多路，通過Siemens profibus網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)傳遞。
2、工藝及控制功能簡介
電爐是冶金生產(chǎn)的初始環(huán)節(jié)，目的是將廢鋼和鐵水煉成鋼水，供給生產(chǎn)的下環(huán)節(jié)——精煉爐，電爐對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和成本都有直接的影響。其工藝及控制功能見圖1；
該電爐裝料方式為爐蓋旋開式頂裝料，裝料過程完畢后，下降電極，利用電極與爐料之間產(chǎn)生的電弧熔煉爐料，熔煉中可通過爐門吹氧或加料以加溫和改善鋼水成分，出鋼時(shí)，傾動(dòng)爐體，利用偏心底出鋼，鋼水由出鋼車運(yùn)輸至下一環(huán)節(jié)。熔煉過程中，爐壁與爐蓋通過水冷方式降溫，爐蓋、爐體以及電極等的各種動(dòng)作均通過液壓實(shí)現(xiàn)。
自動(dòng)控制方面，冷卻水控制、液壓控制、電極弧流的調(diào)節(jié)、碳氧槍的控制、油氧燒嘴的控制、數(shù)據(jù)的傳輸以及溫度、流量等信號(hào)的采集與處理均為電爐生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)就是對(duì)上述參量進(jìn)行檢測(cè)、控制、運(yùn)算、顯示、報(bào)警及記錄。
3、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制方式
整個(gè)電爐的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子公司的S7-300可編程序控制器，它通過二個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)部件，構(gòu)成分布式集散控制系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制部件實(shí)行在線調(diào)試、診斷。通過PROFIBUS-S7網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使交流電弧和鋼包精煉爐有機(jī)的組成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)煉鋼自動(dòng)化。
控制方式為全線PLC程序控制，實(shí)現(xiàn)順控、邏輯控制、聯(lián)動(dòng)和聯(lián)鎖，以及信號(hào)傳輸、報(bào)警和數(shù)據(jù)采集等，必要時(shí)人工（通過按鈕或旋轉(zhuǎn)開關(guān)）參與緊急處置以至停機(jī)。PLC作為全線樞紐，必需具備如下的優(yōu)點(diǎn)；
·實(shí)現(xiàn)無接點(diǎn)控制，減少繼電器接觸系絞頻繁出現(xiàn)的接觸不良故障。
·可方便的實(shí)現(xiàn)邏輯控制、數(shù)字運(yùn)算。
·擁有大存儲(chǔ)量的內(nèi)、外存儲(chǔ)器，能建立生產(chǎn)過程的多種數(shù)據(jù)庫。
·編程較容易，能用多種方式編程。
·能與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)和完成與各控制單元之間的通訊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制與管理。
·可靠性高，具有故障自診斷的能力。
·可按裝置要求選擇標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行組合。
·抗干擾能力強(qiáng)，有多種屏蔽和聯(lián)鎖措施，適合在電爐強(qiáng)磁場(chǎng)條件下工作。
綜上所述，在控制復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量大的電控系統(tǒng)中，使用大型PLC實(shí)現(xiàn)其控制任務(wù)，在控制精度、安全性、維護(hù)量以及性能價(jià)格比方面都是首選方案。
4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要由操作員站OS1、OS2，三臺(tái)S7-300PLC可編程控制器AS1、ASLAS3，SIEMENS PROFIBUS-S7及PROFIBUS-DP網(wǎng)、檢測(cè)及執(zhí)行元器件組成，并用五臺(tái)ET200接收主操作室PLC主機(jī)的輸出控制信號(hào)，使現(xiàn)場(chǎng)布線簡單化。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成見圖2。
4.1操作員站
操作員站作為系統(tǒng)的人機(jī)界面，通過WinCC實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的對(duì)話，通過PROFIBUS-S7網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本系統(tǒng)選用臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)的ADVANTECH610工業(yè)型計(jì)算機(jī)及SIEMENS網(wǎng)絡(luò)通訊卡CP-5412實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)共享。
4.2PLC可編程控制器
系統(tǒng)采用三臺(tái)SIEMENS S7-300可編程控制器AS1、AS2、AS3實(shí)現(xiàn)對(duì)電爐的基礎(chǔ)控制，其配置主要有主機(jī)架、擴(kuò)展機(jī)架、電源、CPU、接口模塊、通訊模塊、以及數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊等。
4.2.1 AS1（S7-315-2DP）用于實(shí)現(xiàn)爐體的基本控制，設(shè)置以下PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程：
·ET200M-1；液壓泵站的控制
·ET200M-2；液壓閥臺(tái)的控制
·ET200M-3；爐前操作的控制
·ET200M-4；爐后操作的控制
·ET200M-5；碳氧槍操作的控制。
4.2.2 AS2（S7-315）用于實(shí)現(xiàn)電極系統(tǒng)的調(diào)節(jié)
電極調(diào)節(jié)是電爐煉鋼的關(guān)鍵所在，由一臺(tái)S7-300獨(dú)自組成電弧爐的一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成對(duì)電弧爐內(nèi)弧電流及電壓的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)中另設(shè)計(jì)有一套手動(dòng)調(diào)節(jié)控制，在非正常情況下，可脫機(jī)手動(dòng)對(duì)電極進(jìn)行人工升降操作。
