GE 在自动化技术在炼钢中的应用

2009-06-09 15:15:05 作者：hyy 来源：浏览次数：0 网友评论 0 条

概述

在国家优化产品结构、提高产品质量的指导方针下，马钢进行了一系列重大产业结构调整。2001年3月投产的马钢第一炼钢厂1#转炉是国家三期环保项目。这座95吨转炉无论在工艺水平，还是技术水平在国内都是较为先进的。

整个转炉自动化系统由基础自动化、过程自动化组成。基础自动化用工业以太网、现场总线实现资源共享，完成全厂仪、电控基础自动化；过程自动化采用客户机结构，实现炼钢静态模型计算机物料跟踪和生产高度自动控制。基础自动化系统采用的是美国GE 公司CIMPLICITY、PLC以及交直流传动装置。

自动化系统组成

马钢第一炼钢厂1#转炉的设计思想是最大程度的利用网络、计算机技术；最大程度的简化生产操作；实现三电一体，取消仪表盘；实现自动化炼钢；建立冶炼的静态模型，实现加料、吹炼的最优化炼钢；实现状态自诊断。

自动化系统的软、硬件采用美国GE 公司的系列90-30 PLC 5台、40多个远程站；40 多台 AV/DV300 传动装置（DV300 用于氧枪/倾动系统）；8 套CIMPLICITY操作站软件。考虑到在满足生产的实际要求，最大限度的利用和分配系统资源。这5台PLC分别控制转炉本体、熔剂加料及一次除尘、吹氩站、上料及汽化、煤气回收。这些子系统的操作都可在独立的HMI 上完成，并且主操作室中的HMI具有互备功能。

自动化系统配置图如下页图1 所示。从图1 中可以看出马钢第一炼钢厂1#转炉系统采用了工业以太网、Profibus、Genius、DeviceNet 三层四种网络。工业以太网完成计算机、PLC 之间的数据通讯；Profibus、Genius 现场总线是PLC、远程IO之间的数据通道；DeviceNet 传动网承担着倾动装置之间的数据交换。

图1 自动化系统结构

解决方案

1. 氧枪的控制

氧枪的自动控制是一种全新的控制，可以实现钢水的一次高命中率，有利于对整体的炼钢水平的提高。氧枪的自动控制关键在于氧枪的自动定位。以往许多转炉在炼钢时，氧枪的操作多为手动操作，这是由于生产工艺的局限以及设备原因。现在随着网络技术、计算机技术、新产品应用以及炼钢工艺的提高，完全可以实现氧枪的自动定位操作。马钢的1#转炉系统是根据工艺的设定完成炼钢的自动吹炼、氧枪的自动定位。

对于氧枪的自动控制，氧枪高度的实际测量非常关键。在应用中采用了多圈的P+F 绝对值编码器（带Profibus接口），并以现场总线的方式完成数据的交换。为提高氧枪定位精度，编码器装在卷扬电机上。用于氧枪定位的编码器分辨率为25位，并且带预设值功能。在实际应用中PLC 读入的是一个二进制编码值，必须将该值变换成氧枪的绝对高度值。

马钢第一炼钢厂1#转炉氧枪转动装置是采用GE DV300全数字直流传动，通过Profibus 现场总线实现数据的交换。马钢第一炼钢厂的氧枪位置控制是一个闭环控制，其具体的控制思想是：氧枪的绝对目标高度（Htar）与氧枪的绝对实际高度（Hact）的差值的符号决定电机的旋转方向。当Htar – Hact＞0时提升，当Htar – Hact＜0 时下降，氧枪的升降速度由氧枪的所在区域决定。

在实际应用中通过调整氧枪的抱闸、氧枪DV300 传动装置的特性参数（如：起/ 制动电流曲线）可以得到很好的定位性能。在1#转炉中氧枪自动定位精度为 ±3 cm。

氧枪的定位分为手动和自动定位二种。手动定位为最常见的定位，在马钢第一炼钢厂1#转炉工程中，自动定位是较为成功的。在自动吹炼方式时，当操作人员按下吹炼按钮后，氧枪的升降、速度的切换全部由PLC自动完成。自动吹炼时，氧枪工作的相对高度（氧枪相对钢水液面的高度）来源于吹炼设定值表，这张吹炼设定值表中的氧枪目标高度可以从数据服务器中获得，也可以由操作人员手动填入。在吹炼完毕后，同时将吹炼中的定位高度自动上传至数据服务器，并根据目标钢水成份、吹炼情况等因素综合形成某种最佳的工艺数据，以备以后使用。

2. 倾动的控制

马钢1#转炉是按四点全悬挂、全正力矩设计。这种设计最大限度地发挥了设备的潜力、其性能价格比高。但这种设计须对四台倾动装置进行负荷平衡，而负荷平衡又是自动化控制中的一个难点。

实际应用中，在DV300 传动装置中加入了一块通讯卡（DGF）。DGF卡完成两个功能，功能之一是4台DV300之间的通讯，功能之二是4台DV300 的运行逻辑（在DGF卡上进行软件编程）。为了保证负荷平衡功能的实现，设计时四台装置采用主从控制方式。

PLC的倾动给定信号通过Profibus 现场总线同时给到四台DV300。每台DV300将自身装置的状态信号（如：装置的故障信号、速度调节器的输出信号等）通过DGF发往下游装置。同时将装置的工作状态通过Profibus 现场总线送入PLC，由PLC 决定转炉倾动电机的工作曲线。

装置根据接受到的上游装置和自身装置状态后，判断主控装置并决定其内部的跳线开关动作和给定的来源。若自身为主控装置，则速度调节器投入，速度给定激活。反之，速度调节器退出，速度给定被屏蔽，电流给定取至主控制装置的速度调节器的输出。

四台装置采用DGF 完成相互的逻辑连锁，这种控制思想在应用中安全性非常高。当出现异常情况时，转炉四台倾动装置具备脱离PLC 控制，单独进行联动操作，避免因PLC故障发生冻钢现象。

3. 系统自诊断

转炉炼钢是一个多系统、多设备、多阶段的复杂操作统一，而且各系统操作又存在一定独立性。要处理好这种“面多、点广”的操作，需要在生产中进行密切的协调。这种的协调工作量比较大、比较难，尤其在自动化炼钢生产中表现的更为突出。在马钢第一炼钢厂1# 95 吨转炉自动化系统中，采用了自动化系统的自诊断，使原先比较难的操作变成了容易的操作。自诊断不仅包括设备故障，还包括生产的状态、工况、条件。

实际应用中的自诊断包括二部分，一是利用CIMPLICITY所具有的故障报警功能完成系统的故障动画、故障登录、故障打印等功能。二是利用PLC和操作站强大的软件功能实现系统状态自诊断，完成对系统的状态、工况、条件的判断。

状态自诊断在结构上采用了树的结构、“嵌套”的理念，使操作和维护得到了统一。例如：吹炼的条件包括顶吹系统、氧枪/倾动电气系统、冷却水系统、煤气净化系统、汽化冷却系统等若干子系统的条件，而每个子系统又包含若干条件。当某条件未满足时，在状态自诊断画面中显示该子项的路径，进入子项后还会有具体的文本提示，使操作和维护一目了然。

结束语

马钢平改转2000年3月18日投产，并在月内实现全自动生产并且达到设计能力。系统投入生产一年以来，自动化系统稳定，已顺利炼钢近8000炉。自动化系统和网络的设计及新的控制理念在马钢平改转中得到了充分的应用，同时为马钢增利上亿元。采用技术先进的控制系统，经实践证明取得了良好的应用效果。该系统具有通用性，可以在转炉炼钢上推广应用。

关键词：GE Fanuc，Profibus