100吨转炉氧枪系统的自动控制

转炉氧枪自动控制系统【摘要】为满足某大型钢厂150吨转炉控制要求，开发了转炉控制系统，系统主要包括供配电、自动化、网络系统，其中氧枪控制是自动化系统的核心部分。

本文详细介绍了转炉氧枪的自动控制系统的应用，变频器完成氧枪的驱动控制，编码器完成枪位的精度控制，保证了氧枪运行的安全可靠、稳定准确。

【关键词】转炉；氧枪；控制系统1 引言氧枪系统是转炉的关键设备，主要由氧枪、氧枪升降装置、换枪装置三个部分组成，与其相关的还有仪表、阀门、供养管道等。

它的主要功能是将炼钢需要的氧气和氮气输送到转炉中，完成冶炼和溅渣护炉的工作，氧枪控制的优劣直接影响产品质量、炉龄以及设备安全，其中抢位检测是影响氧枪自动控制水平的关键。

某钢厂150吨转炉有2套氧枪设备，各自独立升降，2台横移小车可以互为备用。

2台升降小车分别装在横移换枪小车上，1台处于工作位时，另外1台处于等待为备用。

氧枪升降由交流变频电机驱动，电源经过UPS由变频调速柜供电，保证电源失电时实现紧急提枪，抱闸电机和氧枪控制电源由UPS供电，其它辅助设备均由MCC供电。

2 控制系统组成控制系统由PLC控制单元、大功率变频器（1用1备）、检测装置（机械式主令、两个绝对值编码器组成）。

操作台给定控制信号送至PLC控制单元，经过PLC处理后输出控制信号给变频器，完成氧枪的高低速控制、枪位定位。

PLC部分采用西门子S7 400 系列CPU，PLC采用Profibus现场总线分布式结构。

网络通信系统采用100 Mb/s工业以太网；采用工业级交换机，网络通信协议为TCP/IP；网络线路物理介质为光缆和双绞电缆。

PLC与氧枪传动的连接采用Profibus现场总线分布式结构；各PLC与上位机之间通过Ethernet网络进行实时数据传输；各PLC之间，PLC与HMI之间均通过Ethernet网络进行相互通信。

3 控制方式氧枪分两种控制方式，包括手动控制和自动控制。

手动控制又分吹炼、溅渣和维护三种工作模式。

转炉氧枪控制系统开发应用作者：孙学思陈利华来源：《管理观察》2010年第18期摘要:转炉冶炼过程中,如何自动控制氧枪是冶炼的关键。

转炉氧枪主要功能有吹氧升温、溅渣护炉。

在氧枪自动控制中,根据相应联锁,操作人员设定枪位,通过变频器控制氧枪到达相应位置。

氧枪位置通过绝对值编码器检测。

同时在冶炼中要防止坠枪,程序中要考虑紧急提枪功能。

关键词:氧枪自动控制联锁编码器变频器1.控制系统组成转炉氧枪控制有两套PLC控制,分别是转炉本体PLC、变频器PLC。

两套PLC通过以太网通讯。

本体PLC控制氧枪横移和仪表检测系统,同时通过以太网通讯发送数据到变频器PLC来控制氧枪升降。

2.控制功能2.1氧枪升降控制氧枪升降控制主要有抱闸控制,氧枪速度给定,防止坠枪保护和紧急提枪控制。

此四项控制紧密相关。

所有条件满足时氧枪抱闸打开,抱闸打开后给定速度,氧枪运行到位后,停止运行,立即抱闸。

控制思路如下图。

2.2氧枪励磁预置控制氧枪在吹炼过程中要求不停地点动,而每次启动时变频器都有一个励磁过程,即力矩预置的过程。

如何缩短甚至取消这个时间是技术难点。

考虑变频器在使能不撤销的情况下,励磁就能保持。

因此本系统在每次停止操作氧枪即速度给定撤销之后三分钟内继续保持使能(CW1的Bit3);也就是说在这三分钟之内点动的话,氧枪就不需要力矩预置,可以直接启动。

同时利用SW1的Bit2给CW1的Bit6置0即封锁斜坡函数发生器,确保氧枪停止。

2.3紧急提枪控制如出现紧急事故,则通过本体PLC控制。

把信号送变频PLC,让其封锁氧枪变频器。

同时控制气动装置,进行气动紧急提枪。

3.编程思路3.1变频PLC主要思路接收监控站枪位设定值或手动速度给定,接收来自现场特殊点信号、氧枪传动装置信号及本体PLC传送氧枪水、气、张力等联锁信号,满足所有动枪条件前提下,给氧枪变频器发送上升、下降或停止及开启氧枪抱闸命令。

动枪程序功能是:自动控制方式下,接收枪位给定值,并存于内部寄存器中,再与由编码器输入实际枪位相比较,确定升降及升降速度并将控制信号输到变频器。

转炉氧枪自动控制系统的几点探讨转炉生产中，氧枪的自动控制系统，是极为重要的部分，其与转炉的生产效益，存在直接的关系，能够提高转炉生产的基本性能。

本文主要探讨转炉氧枪自动控制系统的几点相关内容。

标签：转炉；氧枪；自动控制我国钢铁企业中，转炉氧枪的自动控制系统，属于一类先进的工艺项目，改进了原有炼钢生产的方法。

转炉氧枪自动控制系统中，其可通过电控系统，直接的控制好生产的步骤，在很大程度上提高了生产的效率，表明转炉氧枪自动控制系统的作用和实践价值。

1 转炉氧枪自动控制系统分析转炉氧枪自动控制系统在企业中，体现在速度、定位、动作联锁三个方面，参与企业运行时，氧枪自动控制下的速度，决定了氧枪定位的精确性以及运行的安全性。

氧枪自动控制系统的定位，对企业运行的影响比较直接，特别是冶钢企业中，转炉氧枪会影响到冶炼钢种的性能和质量[1]。

企业生产中，提高了对转炉氧枪自动控制系统的重视度，全面规划控制系统的应用，便于发挥转炉氧枪的优势。

目前，企业转炉氧枪自动控制系统运行时，选择过程控制系统，以西门子PCS7比较典型，硬件方面选用AS416-2DP，提供可靠的软件服务平台，再加上PLC以及通讯系统，准确的控制转炉氧枪的自动化运行。

控制系统通讯功能强大，就会提高操作、故障诊断的效率，按照企业的生产顺序，完善转炉氧枪自动化的运行方式，实现逻辑性的应用。

氧枪自动控制状态中，涉及到大量的参数调节工作，如氧气、氮气以及氩气，通过各种参数回路，直接控制氧枪自动控制系统的运行，促使氧枪适用于企业生产的过程，以此来提高转炉氧枪自动化生产的能力，满足企业的基本需求，辅助提高企业的生产能力。

2 转炉氧枪自动控制系统构成2.1 水系统转炉氧枪水系统，用于控制氧枪进水、出水时的压力、流量参数，检测各项参数的准确性，一旦氧枪有异常的水信息，自动控制系统就会出现报警信号，提示漏水。

转炉氧枪控制谁系统中，当氧枪有漏水报警时，操作人员会直接处理氧枪的故障，待事故处理完，氧枪水系统会自动进入恢复生产的状态[2]。

浅析炼钢厂转炉PLC系统自动控制作者：张华来源：《数字化用户》2013年第10期【摘要】自动化控制在较大的转炉炼钢中得到广泛应用。

本文介绍了转炉炼钢工艺介绍，基于西门子 PLC 为基础的转炉自动化系统的设计应用，该控制系统稳定可靠、便于操作，为转炉生产创造了良好的经济价值。

【关键词】转炉 PLC 自动控制2010年我国钢产量为 6.27亿吨，居世界第一位，生产这么多的钢，需要大量的能源和原料，在目前钢铁生产成本大幅度上升的压力下，节能降耗、高效高产显得尤为重要。

转炉自动化，工业自动化生产工艺。

典型的氧气转炉自动化系统由过程控制计算机、微型计算机和各种自动检测仪表、电子称量装置等部分组成。

按设备配置和工艺流程分为供氧系统，主、副原料系统，副枪系统，煤气回收系统，成分分析系统和计算机测控系统。

有些大型的转炉自动化系统除了有转炉本身的控制系统外，还包括有铁水预处理系统、钢水脱气处理系统和铸锭控制系统等。

国内外经验表明，采用先进的自动化控制系统是达到上述要求的有效方法。

在转炉炼钢生产过程中，自动化已成为提高产量、保证钢水质量、降低消耗、改善操作和延长炉龄的重要手段，并取得了显著的经济效益。

一、转炉炼钢工艺介绍冶炼散装料通过四条胶带机从低位料仓将转炉炼钢所要加入的配料（石灰石、焦炭等）送到转炉的炉顶料仓；转炉本体是整个转炉系统的核心部分，主要是对转炉吹氧炼钢，吹炼到1700℃时向炉后的钢包出钢水，再向转炉吹氮，溅渣护炉，然后向炉前出渣；钢水倒入钢包后，通过吹氩站时对钢包的钢水顶吹氩或底吹氩（作用是将钢水搅匀，让钢水中炉渣浮在表层，保证连铸浇铸畅通），向钢水中加入合金调节钢水成分；转炉的烟气主要通过两个除尘系统排出：一次除尘系统通过高压风机从转炉烟罩抽风，当转炉吹炼时，烟气不会溢出，而且转炉吹炼的烟气根据煤气成分分析，通过风机房阀组可以选择放散或者回收至煤气柜，二次除尘系统通过高压风机，抽出天车向转炉倒钢水时的烟气：循环水泵房通过泵组向整个炼钢厂供水。

转炉氧枪的控制与常见故障的分析处理氧枪是转炉的核心设备之一，本文介绍了八钢120吨转炉氧枪系统的结构以及控制方式，转炉氧枪系统的常见故障与处理措施。

通过本文学习大大缩减了氧枪故障的处理时间，为顺利生产夯实基础。

标签：氧枪系统;故障分析;处理措施1 前言氧枪是转炉的核心设备之一，在整个炼钢过程中，氧枪枪位是一个非常重要的参数，也是炼钢工艺控制的关键，因为它直接关系到炼钢过程中的脱碳、造渣、升温以及喷溅的发生，但由于氧枪定位控制系统工艺复杂、操作繁琐、联锁保护较多，因此，氧枪运行的安全性、稳定性、可靠性、操作简单以及定位的准确性都是顺利完成冶炼的先决条件，控制必须体现上述特点，才能使得炼钢过程平稳进行。

2 氧枪系统设备概述一座转炉的氧枪系统由机械设备和介质供应系统两部分组成。

氧枪系统设备包括氧枪升降小车、氧枪横移小车和氧枪横移小车锁定电液推杆。

其中两台氧枪横移车和两台氧枪升降小车（左右装配），正常生产时，一台工作（位于转炉中心上方），一台备用（位于待机位），交替使用;介质供应系统包括氧枪冷却水、氧气、氮气阀门站及管道等。

氧枪横移车行走采用交流电机驱动，在工作位设有电液缸定位锁紧装置。

升降小车采用交流变频电机驱动卷扬升降，氧枪升降过程中速度可控制变化。

升降卷扬钢丝绳装有测力传感器。

氧枪系统电气传动设备配置为：2台升降用变频电动机、2台升降用电动机抱闸电动机、2台氧枪横移小车电动机、1台氧枪横移小车锁定电液推杆。

氧枪升降用变频电动机（即变频器专用电动机）由AB变频调速装置供电，其余设备均由MCC供电，电压等级为AC380V。

氧枪升降的变频调速系统，氧枪升降是典型的位能性负载，按照炼钢工艺的要求，氧枪在升降过程中要实现由慢速到快速和由快速到慢速的转换，检测点不仅多而且定位必须准确，否则直接影响到炼钢质量和氧枪的损坏。

因此氧枪的检测及定位由脉冲编码器和PLC实现。

一备一用的两套氧枪系统确保了炼钢系统的可靠性;当一只氧枪发生故障时，可快速提升此氧枪、横移至一侧，然后将另一只氧枪横移、对中、下降来替换故障氧枪。

一、工艺及主要设备介绍安钢第一炼轧厂１００ｔ转炉于２００４年３月２６日投产，年设计生产能力１２０万吨。

采用顶底复吹工艺，底吹惰性气体；转炉设置两套氧枪提升及横移装置，互为备用可远程换枪作业；设置专用氮气供应系统，采用溅渣护炉技术；采用强制循环及汽化冷却相结合的烟道系统及新一代一次烟气除尘系统。

二、自动化系统的特点１）１００吨转炉整体控制系统选用西门子ＰＬＣ　Ｓ７－４００系列产品组成工业以太网，工业监控软件选用西门子ＷＩＮＣＣ５．０版本，远程Ｉ／Ｏ现场总线及远程站选用图尔克系列产品２）转炉倾动、氧枪升降、汽化供水泵、副原料装入、辅助车辆驱动控制采用西门子变频器系列产品，其中转炉倾动驱动控制采用闭环控制保证四台电机同步运行。

三、转炉本体电气自动化系统功能描述电气自动化系统设计正是按上述工艺要求进行的，电气自动化系统由计算机控制、基础自动化控制、仪表控制、电气控制组成。

１）计算机通过通讯装置采集生产过程数据、对数据进行加工处理、输出控制命令，并与精炼和连铸计算机通讯。

２）基础自动化控制ＰＬＣ－１　复吹系统ＰＬＣ－２　转炉倾动，氧枪系统ＰＬＣ－３　汽化系统ＰＬＣ－４　二次除尘系统ＰＬＣ－５　副原料上料系统ＰＬＣ－６　副原料投入系统３）仪表系统主要功能是对各种参数（压力、温度、流量、物位、成分等）１００ｔ转炉自动控制系统的改造王慧强　安阳钢铁集团公司第一炼轧厂进行检测与控制；主、副原料、铁合金等物理量的称量。

４）电气系统主要功能是用于转炉倾动、氧枪升降控制；各种泵站阀站控制；皮带输送控制；副原料装入控制；辅助车辆控制等。

四、转炉本体电气自动化系统改造与完善１．氧枪系统存在问题与改造措施１）转炉氧枪控制功能完善转炉氧枪控制与氧枪钢丝绳张力联锁的完善与否，对于转炉能否安全生产，避免恶性事故的发生，起着举足轻重的作用。

在我厂１００吨转炉氧枪张力检测单元存在无法克服的缺陷：氧枪张力随着转炉氧枪的升降出现大幅度的变化，虽经多次安装调整，氧枪张力检测仍然无法达到理想状态。

1.1 氧枪系统设备概述一座转炉的氧枪系统由机械和介质供应系统两部份组成。

机械设备包括有：两台氧枪横移车和两台氧枪升降车(摆布装配)。

正常生产时，一台工作(位于转炉中心上方)，一台备用(位于待机位)，交替使用。

介质供应系统包括：氧枪冷却水、氧气、氮气阀门站及管道等。

氧枪横移车行走采用交流机电驱动，在工作位设有定位锁紧装置。

升降小车采用交流变频机电驱动卷扬升降，氧枪升降过程中速度可控制变化。

升降卷扬钢丝绳装有测力传感器。

氧枪设备系统组成：升降卷扬装置横移台车本体升降小车横移台车下部轨道横移台车上部轨道横移台车定位装置升降小车导轨氧枪本体升降小车缓冲器氧枪供氧供水软水管接头氧枪系统电器设备组成：序号设备名称设备参数及主要功能1 主控室操作台 (1) 操作地点选择；(2) 紧急住手；(3) 主回路切合；(4) 氧枪电流显示；(5) 氧枪实际枪位显示；(6) 氧枪枪位设定值显示；(7) 氧枪紧急提升；(8) 氧枪事故提升；(9) 自动升降枪操作；(10)点动升降枪操作；2 机旁操作箱 (1) 操作地点选择；(2) 紧急住手；(3) 主回路切合；(4) 操作允许显示；(5) 点动升降枪(快、慢速)；3 1＃氧枪变频器 (1) 机电转速控制：(2) 机电力矩控制；4 2＃氧枪变频器同上5 1＃机电抱闸抱闸控制6 2＃机电抱闸抱闸控制7 人机界面 (MMI) (1) 氧枪升降操作；(2) 详细状态指示；1.2 转炉系统设备概述转炉系统有转炉炉体和倾动装置及润滑系统组成，倾动装置采用全悬挂扭力杆平衡型式。

四台交流机电驱动，两级减速机，扭力 杆平衡装置平衡吸收转炉倾动时产生的扭振力矩的冲击，并将扭矩转化为垂直的拉力和压力。

转炉系统电器设备组成：设备参数及主要功能(1) 倾动转速控制； (2) 力矩控制； (1) 转炉倾动主令操作； (2) 操作地点选择； (3) 主回路切合； (4) 电流显示； (5) 急停； (6) 复归； (7) 倾动角度显示；(1) 转炉倾动主令操作； (2) 操作地点选择； (3) 主回路切合； (4) 急停； (5) 复归； (6) 倾动角度显示；序号 设备名称 1 倾动变频器×42 主控室主操作台3 炉前兑铁操作台4 炉前出渣操作台 (1) 转炉倾动主令操作；(2) 操作地点选择；(3) 主回路切合；(4) 急停；(5) 复归；(6) 倾动角度显示；5 炉后摇炉台(1) 转炉倾动主令操作；(2) 操作地点选择；(3) 主回路切合；(4) 急停；(5) 复归；(6) 倾动角度显示；6 抱闸机电×4 机电抱闸控制1.3 转炉自动化系统概述本系统的监控采用西门子公司的S7 系列PLC 控制，每座转炉的氧枪倾动系统使用一套PLC 控制。