施耐德QUANTUM系列PLC在炼钢转炉生产中的应用

摘 要：文章以150t转炉为例，从控制工艺、系统组成、解决方案、经济效益等方面详细介绍了Quantum PLC的应用实践。
关键词：Quantum PLC，转炉，自动化控制
一、概述
本文以某钢铁厂150t转炉为背景，其自动化系统的配置使用了Schneider自动化的Quantum PLC。项目由三部分组成：转炉本体、氧枪和原料，对应三套PLC控制系统。系统模拟量约2000点，数字量点约3000点，调节回路18个。
二、主要工艺图



三、系统控制内容及功能要求
1、氧枪部分
（1）氧枪控制：检测降枪条件，控制吹炼过程中一系列连锁动作。
（2）氧枪定位控制：采用增量型编码器，自动判断出吹炼位置。
（3）变频器控制：氧枪水泵、汽包给水泵、设备水泵等重要设备全部由变频器控制。
（4）溅渣护炉：转炉的顶底复吹自动控制。采用顶吹中压氮气，将炉内剩余残渣吹至转炉炉壁上。
（5）倾动控制：对转炉进行前倾、后倾操作，保护氧枪。
2、原料部分
控制炼钢所需散装料和合金料的备料及下料。散装料和合金料通过料仓、给料器、称量料斗、溜槽、皮带机及下料溜槽进行控制及连锁，完成定量散装料和合金料的加入工作。
3、仪控部分
主要包括汽包液位及调节、除氧器水位及调节、顶吹氧气流量调节、底吹模式及流量调节、二文液压控制以及温度、压力、流量等基础数据的采集处理。
4、转炉一次除尘引风机
主要完成对风机转速控制、煤气回收各阀门控制、仪表参数的采集处理。
四、重点及难点
（1）氧枪定位采用增量型编码器，通过1756-HSC高速计数模板采集编码器的脉冲信号，经CPU运算处理成工程量位移信号。
（2）利用参数文件，实现了调用同一个画面，控制不同料仓的功能。
（3）在吹炼期和非吹炼期，风机采用高低速控制，两种速度转换时采用步进式调节。
（4）在出钢或出渣的同时可手动升降氧枪，启动刮渣器，进行刮渣。
（5）各系统间数据通讯采用环形快速以太网，在网络介质遭到破坏时，能够保证网络继续稳定运行，同时生成报警，通知维护人员对进行处理。
五、系统组成

六、解决方案

以下是氧枪PLC硬件配置


七、操作站的主要工作
1、大数据量高速数据处理。模拟量约2000点，开关量约3000点。
2、长期历史趋势查询功能。可保存上百点的历史趋势一个月。
3、调节控制功能实现。控制调节回路18个。
4、逼真的生产工艺流程再现。工艺流程画面120余幅。
5、事件报警处理。记录时间一个月，报警条目600条。
6、快速、良好的动态响应能力。通过人机交互实现快速生产设备控制。
八、经济效益计算
主要反映在：控制系统稳定运行在钢产量综合效益中所占比例。按转炉年正常生产天数330天，每小时炼钢150吨，吨钢效益80元，控制系统所占综合效益比10%计算，则年经济效益＝330x24x150x80x10%=950.4（万元）。
九、系统评价
1、高可靠性：Schneider PLC提供了更为可靠的平台。
2、开放性强：标准的工业以太网架构为系统提供了广阔的空间。
3、低故障率：较强的抗电磁辐射和干扰能力以及工业化现场设计使得PLC故障率≤1次/年。
4、适应性强：可以工作在恶劣的冶金企业环境。
5、性能优异：与主流操作系统、工业控制软件、用户应用程序的兼容性能良好，实时控制性能好。