（电气工程专业论文）南钢电炉plc控制系统升级与改造.pdf

江苏大学工程硕士论文 a b s t r a c t f o rd e v e l o p i n ge f f e c to fi n d u s t r y ，s o l v i n go v e r b u r d e no fh o t p l a t ei n t h es o u t hs t e e l ，t h i st e x tc o m p l e t e st ot h es o u t hs t e e le l e c t r i cs t o v ep l c c o n t r o ls y s t e mf r o mt h es 5g r a d ec r e e po fa r r i v i n gt h es 7w i t hr e f o r m p a s st h ep r o c e d u r eo ft h ee s t a b l i s h m e n ts 7t oa c tf o ra f r e s ho r i g i n a l l y s u p e r f l u o u sp r o c e d u r ei ns 5 a n dc a nr e a l i z e sc o m p l e t e l yi t so r i g i n a l l y p o s s e s s e df u n c t i o n f i r s to fa l l ，w ei n t r o d u c e dt h ep r o f i l eo ft h es o u t h s t e e l ，p i p el i a b i l i t yo fh o t p l a t e ，t h em a k e - u po fl i do fh o t p l a t e ，e l e c t r o d e ， h o t p l a t e a n ds oo n t h e na c c o r d i n gt ot h ea c t i o no fn e c e s s a r y w e c o m p i l e dt h eg r a d u a lc h a r t ，i n p u ta n do u t p u to fc h a r t i n p u ta n do u t p u t a l l o c a t ec h a r ta n ds oo n p a s s i n gt h ev a l i dc h o i c ec o n n e c t sac i r c u i t ，t h e e l e c t r i cc a b l ec i r c u i tr e a l i z e st ot l s et h en e wp r o c e d u r ea n de x t e r i o r e q u i p m e n t sc o m m u n i c a t i o n ，f r o mb u tt r a n s f e r e x t e r i o re q u i p m e n t sa n d m a k ei t sn o r m a lw o r k o n l yr e p l a c i n gp l ca n dc o m p u t e r ，w ec a l lh a v ea b e t t e rb e n e f i t w ea l s oi n t r o d u c et h ea s c e n s i o na n dd e s c e n to fe l e c t r o d e w ea l s oc o m p i l e dt h ea s s e m b l e ro f p l c k e yw o r d s ：p l cp r o g r a m m e r , e l e c t r i cc o o k e r , f o u n d r y 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文 的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密团。 学位论文作者躲戥俊坞 签字日期汐卯年占月矿日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 引乡 签字目翌多力，年6 月二上日 电话： 邮编： 独创性声明 本人郑爨声褥：掰怒交豹学位论文，魑本人在导师的指导下，独立 进稽磷究z 锌新取褥的成粟。除文中没经淀锈弓 用的内容以外，本 论文不媳含任何其他个人或集体己经发表戴撰写过的撵晶成果。对 本文的研究做出重舔贡献豹个入和集体，均已在文中娃赐确方式标 明。本人究全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学像论文 乍者签鬈： e l 期：年 胃 基 江苏大擘工程硕士论文 第1 章绪论 1 1 概述 南京钢铁集团“强台建于1 9 5 8 年，经过4 0 多年的建设和发展，已成为集采选 矿、钢铁冶炼、钢材轧制为一体，具备3 5 0 万吨钢、2 0 0 万吨铁和4 5 0 万吨材综合 生产能力的大型钢铁联合企业，是江苏省重点企业集团2 0 0 3 年，完成销售收入 1 8 5 亿元，在中国企业5 0 0 强中名列第6 9 位。 南京钢铁集团有限公司是国家特大型企业，是江苏省最大的钢铁联合企业， 同时也是国家重点扶持的国有企业之一。公司始建于1 9 5 8 年，具备从矿山、烧 结、球团、炼焦、炼铁、炼钢到轧钢等完整的生产和辅助生产系统。现有资产总 额5 3 亿元，形成年产1 5 5 万吨钢，1 3 0 万吨材的综合生产能力。 南钢拥有采矿，焦化、烧结、球团、炼铁、炼钢、轧钢等完整的生产系统和 辅助系统。其主要有：高炉炼铁一铁水预处理一顶吹转炉一吹氩精炼一扳坯连铸 一中板的专用板生产线：高炉炼铁一顶吹转炉一吹氩精炼一方( 矩) 坯连铸一棒 材的按规格组织生产的棒材专业化生产线；超高功率电弧炉一l f 精炼炉一v d 一 合金钢连铸一高速线材( 或带钢) 的合金线带生产线。 主要装备：炼铁厂有2 座3 0 0m 3 和3 座3 5 0 m 3 高炉；炼钢厂有3 座公称容量 2 0t 转炉及2 座l f 1 台1 8 01 1 1 1 1x ( 8 0 0 l2 0 0 ) i i ) i n 超低头板坯、l 台3 流1 3 0 i n i n 方坯连铸机和1 台4 流1 5 0x1 5 0 ( 1 5 0 x 2 2 0 ) 方矩坯连铸机：电炉厂有1 0 0 t 超高功率电弧炉，钢包精炼炉、v d p v o d 各1 座及1 台5 流合金钢方矩坯连铸机。 南钢共有9 个轧钢生产厂，其中中板厂4 辊中厚板轧机和高线厂全连轧悬臂式轧 机装备水平达n t 国际先进水平。其生产流程分布图1 1 所示【3 1 。 随着国民经济的发展，我国对钢材的需求越来越大。南京钢铁集团有限公 司电炉厂在1 9 9 6 年建成投产具有九十年代初国际先进水平的短流程炼钢厂，设 计能力为年产3 5 万吨连铸坯。其主要设备由7 0 t 高阻抗电弧炉、l f 炉、小方 坯连铸机组成。高阻抗电弧炉和l f 炉的主体设备是意大利达涅利公司制造， 连铸机为国产罗可普型小方坯连铸机，电弧炉的冶炼周期为6 9 分钟，吨钢电耗 为3 9 9 k w h ，氧气消耗为吨钢2 7 n 时。 江苏大学工程硕士论文 图1 1 生产流程分布 随着超高功率技术( u t f p ) 的出现，电弧炉炼钢技术正在沿着提高生产率， 优化工艺的方向发展。传统的熔化，氧化，还原三段式电炉炼钢工艺逐渐演化 成熔化，脱炭并形成电弧炉熔化脱炭加炉外精炼加连铸三位一体的工艺。典型 的当代电弧炉炼钢工艺如图1 2 所示。 江苏大学工程硕士论文 图1 2 典型的当代电弧炉炼钢工艺流程图 经过近十年的生产运行，电炉厂生产技术水平不断提高，1 9 9 8 年在停产一 个月的情况下年产3 5 万多吨连铸坯，生产品种以4 5 # 以上优质碳素钢为主。1 9 9 9 年电炉生产技术指标进一步提高2 0 0 0 年5 月南钢电炉厂进行“双加改造”， 电弧炉容量由7 0 t 改为l o o t 。电炉厂工艺设备主要参数及现状表1 1 所示。 江苏大学工程硕士论文 表1 1 南钢电炉厂工艺设备主要参数 7 0 1 0 0 tl f 炉连铸机 额定出钢屠7 0 1 0 0 t 额定处理量 7 0 1 0 0 t 台数流数 1 5 炉壳直径5 8 0 0 r a m 钢包直径 2 9 0 0 r a m 漉间距 1 2 0 0 r a m 炉型全平台自由空问5 0 0 m m弧半径8 m 总炉容 7 1 2 9 3 历2变压器容量 1 2 m 、，a 浇铸断面1 3 0 1 5 0 埘 电弧炉变压器 6 0 + 2 0 m 、，a 升温速度 4 5o c r a i n 冶金长度 1 2 8 m 南钢电炉厂电弧炉控制系统采用p l c 控制，其p l c 控制系统是1 9 9 6 年初 安装的德国西门子公司的s 5 系统，因为其程序复杂冗长，我们中方的工作人员 甚至至今还不能完全看懂。那个程序对现在的超负荷运转易出故障，很难检修。 其监控通信系统还是d o s 系统，没有可视化界面，操作起来也很不方便，明显 落后于现代的实际情况。其通信系统虽然也改造过几次，但是未从本质上改善 其性能。另外其控制操作平台就在电炉附近，噪音极大。所有这些迫使我们需 要彻底对其进行改造 1 4 本课题主要研究内容 本课题结合我厂自身的实际，对电弧炉p l c 控制系统进行升级与改造，由 于s 5 系统的配件市场上已很难购买，控制系统出现问题时往往影响生产。因此， 对目前的p l c 电炉控制生产线进行改造已迫在眉睫。本课题根据电弧控制过程 的特点，采用西门子公司的s 7 系列p l c 对p l c 电炉控制生产线进行改造，通 过编写p l c 程序，实现用s 7 控制系统取代原来的旧系统，并改进生产线和控制 机房的配置结构。并采用p l c 控制网络，形成由工业以太网和p r o f i b u s 网络 组成的自动化生产线。 4 江苏大学工程硕士论文 2 1 炉体构造 第2 章电弧炉炼钢的构造 1 、电弧炉构造及工作原理“。1 电弧炉熔炼是利用石墨电极与铁料( 铁液) 之问产生电弧所发生的热量来熔 化铁料和使铁液进行过热的。生产上普遍使用的是三相电弧炉，其炉体部分的 构造如图2 1 所示。电弧炉依照炉渣和炉衬耐火材料的性质而分为酸性和碱性 两种。碱性电弧炉具有脱硫和脱磷的能力。在电弧炉熔炼过程中，冶炼操作是 在熔渣覆盖铁液的条件下进行，当铁料熔清后，可进一步提高温度及调整化学 成分 石墨电极 i ： 、 图2 1 三相电弧炉剖面简图 2 、弧炉熔炼的优缺点及其应用 电弧炉熔炼的优点是熔化固体炉料的能力强，而且铁液是在熔渣覆盖条件 下进行过热和调整化学成分的，故在一定程度上能避免铁液吸气和元素的氧化。 这为熔炼低碳铸铁和合金铸铁创造了良好的条件。 电弧炉的缺点是耗电能多，从熔化的角度看不如冲天炉经济，故铸铁生产 上常采用冲天一电弧炉双联法熔炼。由于碱性电弧炉衬耐急冷急热性差，在间 江苏大学工程硕士论文 歇式熔炼条件下，炉衬寿命短，导致熔炼成本高，故多采用酸性电弧炉与冲天 炉相配合。 电弧炉的基本构造如图2 2 所示。利用电弧产生的热量来熔化炉料和提高 钢液过热温度。由于电弧炉不用燃料燃烧的方法加热，故容易控制炉气的性质。 可按照冶炼的要求，使之成为氧化性或还原性。电弧炉成为在铸钢方面应用最 普遍的炼钢炉。 1 倾炉液压缸2 倾炉摇架3 炉门4 熔池5 炉盖6 - 电极 7 电极夹紧器8 炉体9 电弧1 0 l 出钢檐 图2 2 炼钢电弧炉结构示意图 炉体是电炉的最主要装置，它用来熔化炉料和进行各种冶金反应。电弧炉 的炉体由金属构件和耐火材料砌筑成的炉衬两部分组成，而炉体的金属构件又 包括炉壳、炉门、出钢槽、炉盖圈和电极密封圈等。 2 1 1 炉壳 炉壳结构包括由圆筒形炉身、炉壳底和上部加固圈三部分组成。炉壳除了 承受炉衬、钢、渣的重量和自重外，同时还受到高温和炉衬膨胀的作用，因此 要求炉壳具有足够的强度和刚度。炉壳通常用1 2 3 0 m m 厚的钢板焊接而成，钢 板厚度大约为炉壳直径的1 1 2 0 0 m m 。为加速新炉衬的干燥，炉壳上钻有直径约 6 江苏大学工程硕士论文 2 0 咖的小孔，孔距约4 0 0 5 0 0 哪。 为了防止炉壳受高温作用而发生变形，一般在炉壳上设有加固圈，大型炉子 还采用加强筋。炉壳上沿的加固圈用钢板或型钢焊成，在3 t 以上电炉都采用中 间通水冷却的加固圈。在加固圈的上部留有一个砂封槽，使炉盖圈插入沙槽内 便于密封。 炉壳底部形状有球形、截头圆锥形和平底形三种。球形底坚固性最大，死 角小，炉衬体积最小，但直径大的球形底成形困难，故多用于中、小型炉子 截头圆锥形炉壳底，其坚固性较球形底略差，所需的炉衬材料较多，制造容易， 故常采用。平底炉壳坚固性最差，炉衬体积最大，但制造简单，故多用于大型 电炉上。 2 1 2 炉门 炉门由炉门框，炉门和炉门升降机构三部分组成。炉门结构要严密，牢固 耐用，升降装置简便灵活。炉门框是用钢板焊成“n ”形水箱，水箱壁做成5 。 一1 0 。的斜面，以便炉门下落时借助其自身质量紧贴在门框上。大多数采用空心 水冷的炉门。炉门的升降机构在小炉子上可用手动，大中形炉子采用气动或液 压传动。其升降要平稳，并可根据需要使炉门停留在任何位置上。 中小形炉子只有一个炉门，位于出钢口对面，大于4 0 t 的炉子，为便于观 察炉况和冶炼操作，常添设一个侧门，两个炉门位置成9 0 度角。 2 1 3 炉缸 炉缸一般采用球形与圆锥形联合的形状，底为球形，熔池为截头圆锥形，圆 锥侧面与垂线成4 5 度，球形底面高度约为钢液总深度的2 0 。 球形底部的作用在于熔化初期易于聚集钢液，既可保护炉底，不使电弧直 接在炉底燃烧，又可加速熔化。熔渣覆盖钢液减少钢液吸收气体，圆锥部侧面 与垂线成4 5 度，保证出钢时炉体倾动4 0 度左右，就可以把钢液出净，并且便 于补炉 2 1 4 炉膛 炉膛一般也是锥台形，炉墙倾角为6 。7 。炉墙倾斜便于补炉，延长炉 7 江苏大学工程硕士论文 衬寿命。但倾角过大，则会增大炉壳直径，加大热损失，机械装置也要增大。 炉膛高度指斜坡平面至炉壳上沿的高度，它要有一定高度，以避免炉顶过热和 二次装料。随着炉子容量增大，相对高度减小，这是为了降低厂房高度，并缩 短电极长度和软连线长度，以减少电阻和阻抗。 2 1 5 炉体倾动装置 l 、对倾动机构的主要要求 电炉的倾动机构，应能使炉体向出钢槽方向倾动4 0 度4 5 度，保证炉内 钢液在出钢时倒净。向炉门方向能倾动1 0 度1 5 度，以便于扒渣等操作。出 钢时，出钢槽末端在水平方向移动要小，以免盛钢桶前后移动距离较大。倾动 速度应能调节，倾动时要平稳可靠，不致翻倒炉子。另外，倾动设备的布置要 安全，应考虑到漏钢和扒渣时不致被钢液和炉渣所损坏。 倾动机构有侧倾和底倾两种类型，侧倾机构在炉壳两侧固定着两个扇形齿 轮，水平齿座固定在基础上，传动机构安装在固定底座上。倾动时，电动机经 过减速齿轮带动螺杆旋转，使螺母沿螺杆的轴线水平移动，而螺母则安装在扇 形齿轴上，从而带动扇形齿轮沿水平齿座滚动，炉体随之倾动。用人工操纵手 轮也可以使炉子倾动，以备停电时使用侧倾机构具有构造简单，不会受钢液 和炉渣的损害等优点，且检修比较方便。但是炉体的全部重量都加在两个扇形 齿轮上，炉壳在倾动时因受扭而容易变形。 2 、底倾机构 底倾机构炉子要安装在专门的摇架上，摇架两侧的扇形板支承在两对大托轮 或底座上。按其形式不同分述如下； ( 1 ) 扇形板支承在两对大托轮( 或称辊轮) 上，倾动时摇架沿拖轮滚动，出 钢槽末端的轨迹是圆弧。倾动时电动机经过减速器带动传动齿轮，再带动扇形 齿条转动，扇形齿条固定在扇形板上，扇形板便沿托轮滚动，整个炉体随摇架 倾动。 这种机构的优点是稳定度大，缺点是构造庞大，倾动时出钢槽末端水平位移 大，且向炉子下方位移，盛钢桶须做相应的调整。这类机构适用冶炼和浇铸在 同一跨问的情况。当炉子和浇铸在两个不同跨间时，需加长出钢槽，这对钢的 质量不利。另外，其传动设备都在炉底下，当炉底漏钢时机构容易被损坏，须 江苏大学工程硕士论文 特别主意防护 ( 2 ) 扇形板支承在水平底座上，倾动时摇架的扇形板沿底座滚动，出钢槽 末端的运动轨迹是摆线。这种形式的传动机构可用液压传动。液压传动较平稳 可靠，液压倾动机构倾动时工作液进入液压缸，液压柱赛杆推动摇架，摇架沿 水平底座滚动，带动炉体倾动，为防止摇架和水平底座发生相对滑动，在它们 的整个接触面上，分别加工成一排孔和与之相配的突出物。 2 2 电弧炉电极升降控制 电弧炉炼钢基础自动化中，最关键的是电极升降自动控制。将废钢熔化为 铁水，然后升温到出钢温度，主要是电弧能转化为热能，因而在冶炼过程中合 理控制三相电流，三相功率的大小，对产品的产量质量及成本均有直接关系， 在当前能源紧张的状况下，通过电极升降自动控制，实现节省电能的目的，具 有特别重要的意义。 2 2 1 电极密封圈 为了使电极能自由地升降，以及防止炉盖受热变形时折断电极，要求电极孔 的直径应比电极直径大4 0 5 0 m 。电极与电极孑l 之间这样大的间隙对冶炼十分 不利，造成大量的高温炉气逸出，不仅增加了热损失，而且容易造成炉盖上部 的电极温度升高，氧化激烈，电极变细而易折断，为此需采用电极密封圈。此 外密封圈还可以冷却电极7 l 四周的炉盖，提高炉盖的寿命，以及有利于保持炉 内的气氛。 密封圈的形式很多，常用的是环形水箱式。它是用钢板焊成的，为了减少 电能的损失，不宜做成一个整环，在圆环上应留有2 0 4 0 删的问隙，或在分开 处嵌入一块非磁性材料的钢板，以避免造成回绕电极的闭合磁路。在大型电炉 上，密封圈是用非磁性钢制成的。 有些电炉上也用蛇形管式密式密封圈。它是用无缝钢管弯成，对电极冷却作 用良好，但密封性差，易被烧坏，现在很少采用。国外尚有采用气封式电极密 封圈。从气室喷出压缩空气或惰性气体冷却电极，并阻止烟气逸出。 电极密封圈的外径为电极直径的1 5 2 o 倍，内径比电极直径大2 0 4 0 m ， 9 江苏大学工程硕士论文 高度约是电极直径的0 9 1 0 倍。 通常密封圈全部嵌入炉盖砖内，仅留一个凸缘露在炉盖外部。这样可提高 炉盖的寿命。 密封圈及其水管应与炉盖圈绝缘，以免短路。如果炉盖砖在高温下电阻不 够( 尤其是中心部分) ，或是密封圈对地绝缘过小。密封圈有时会与电极发生电 弧而被击穿。 2 2 2 电极升降装置的类型 电极升降装置根据横臂和立柱的连接方式不同可分成两大类：一种是固定 立柱式；一种是活动立柱式。 固定立柱式电机升降装置的三根立柱下端固定于炉体或放置炉体的摇架 上，立柱用横梁互相连接。以增加刚性。横臂上装有4 个或8 个滚轮，相当于 一个升降小车，升降时，滚轮沿立柱滚动。 活动立柱式的横臂和立杜联结成一个“t ”形支架，一起在固定的框架内升 降。框架固定在炉体的摇架上，框架内装有滚轮，活动立柱沿滚轮升降。 活动立柱式与固定立拄式相比具有以下优点： ( 1 ) 在电极升降行程相同时，整个炉子的高度较小； ( 2 )由于三根立柱不相连，导电线周围没有封闭的磁路，磁损失较小。 这些优点对于大炉子特别重要，但活动立柱式升降部分重量大，所需的升降功 率也大。而固定立柱式结构简单轻便。 2 2 3 电极升降机构 电极升降机构必须满足下列要求： ( 1 ) 降灵活，系统惯性小，启动、制动快。 ( 2 ) 降速度要能够调节。上升要决，否则在熔化期易造成短路而使高压断 路器自动跳闸；下降要慢些，以免电极碰撞炉料而折断或浸入钢液中 电极升降机构有液压传动和电动两种方式。 电动传动的升降机构通常用电动机通过减速机拖动齿轮齿条或卷扬筒，钢 丝绳，从而驱动立柱，横臂和电极升降为减少电动机的功率，常用平衡锤来 平衡电极横臂和立柱自重电动传动既可用于固定立柱式，也可应用于活动立 l o 江苏大学工程硕士论文 技式。丑兹国内_ 已采用交流媳动机调节器取代直流电动极调整，交流变频调速 雹秘趋流行。 液压传动升降机构的升降液压缸安装程立柱内，升降液压缸足一桂塞缸， 敷懿顶端用棱销与立拄铰接。当工作渡巍演管经柱塞内黢通入液压敬内对，裁 将盘柱，横臂署鞋龟极一起舞麓。油管箴液融，依靠立技，横臂和电缀等自重嚣 下降。调节进出油的流速就可调节升降速度。液压传动一般只适用予活动立柱 式。液压铸动系统懿馁性小，痦动嘉4 动翻辨终逮凄捷。力矩太，在大中型电炉 上巴广泛采褥。 2 , 2 。4 电极升酶过程 褥三令毫极经炉顶盏上鹃耄强琵播入擎痞，捺剜或簿边三角形，缆兰个龟 极的圆心在同平面内。送电玎始后，就是熔化期的歼始，炉料的熔化过程大 体上分为四个阶段。从四个阶段可以确定电援的动作。 第一输段：起弧阶段。邀龟结束螽，龟板下海，警瞧极端帮距炉辩宥一定 躐离时，由于强大电流的作用，中间的空气被电离成离予，并放出大量的电子 瓤形成导电豹泡弧，照之产擞大量豹光秘热。起弧除段嬲孵翘按短，约为3 5 分锌，但常出现瞬时短路电流，所戳电流一般不稳定弗造成了对电网静冲击， 从黼产生了灯光闪烁或电视图像干扰等现缘。 第二阶段：穷井输段。超媛嚣，在电弧嬲侮用下，彀稷下豹炉辩嚣兜熔化， 随着炉料的熔化，电板逐渐下降并到达它的最低位置，这就是舅并阶段。一般 说来，极心圆较大的电炉往往在炉料中央部位，电极把炉料穿成比电极直径大 3 0 4 璐豹三瓣，j 、劳，嚣投一疆较夺鹤电炉三穗电扳嬲约炉辩几乎弱粒熔诧， 一开始便容易形成一路大井。在穿并阶段，电极下熔化的金属液滴顺着料块闻 隙向下流动，开始时炉温较低，液滴边流幼边凝结在冷料上，档炉濑升高后， 熔讫魏滚滚霞黎在妒底上积襻下寒形成熔邀磬逐澎扩大。 第三阶段：电极回升阶段。这个阶段童要是熔化电徽周围的炉料，并逐渐 向外扩大。随辫熔化继续的进行，中央部分的炉料跟着熔化，- - 1 4 , 并汇合成 秘夫劳，熔溅嚣不嚣扩大土磐，电援也稷摩离主捡起，这藏是龟板嚣舞羧羧。 谯电极回升过程中，周围炉料被熔化。当炉内只剩下炉城，渣线和其他低温区 附近的炉料时，该阶段即告绱束 江苏大学工程硕士论文 第四阶段：熔化低温区炉料阶段。三相电弧近似于点热源，各相的热辐射 不均匀，所以炉内的温度分布也不均匀。一般情况，在电极下边和靠2 # 电极 热点区的炉料熔化较快，而炉门，出钢口两侧及靠1 # 炉壁处低温区的炉料熔 化较慢，第四阶段主要足熔化这些部位的炉料。在此过程中，电极虽然也继续 稍有回升，但不明显。 1 2 江苏大学工程硕士论文 第3 章电弧炉炼钢p l c 控制系统改造 3 1 电炉冶炼部分p l c 控制改造 3 1 1 电炉冶炼部分工作流程 根据上一章描述，电炉炼钢郭分过程图如下： 1 、炉盖工作流程如图3 1 所示。 | 存放位 弋岁， i 炉盖旋转f 太岁 l 进限位于动停止 太多 l 炉盖下降l 太多 i 停止 i 图3 1 炉盖工作流程 2 、炉体工作流程如图3 2 所示。 周定位( 关闭炉 门堵住出锯 口，扣严炉盏) 缓慢倾斜到4 0 度 戳位，出钢水， 钢水进入大包) 图3 2 炉体工作流程 3 、电极升降控制工作流程如图3 3 所示。 i镟隧 i 太夕 f 起壤降 弋多 fc 电磊蒸群降， 太少 i ( 限位，电极缓馒上升) 七夕 i低温区炉料熔化阶段 图3 3 电极升降控制工作流程 复原，装料 始f 一循环 江苏走擎工程壤士论文 3 1 2 电炉冶炼部分p l c 控制改造 投缀以上过程分爨，我们可竣绘爨电炉冶练帮分p l c 控制瓣蹶詹功能鹜， 输入输凼分配表及i o 接线图如下 图3 4l c 控制的顺序功能图 h 江苏欠肇工器磺士论史 表3 1 电炉冶炼部分p l c 控制输入输出分配表 辁入输出 炉盏启动按钮 1 0 1 接触器k m l q o 0 电掇下薄窟凄按链 1 0 2 缓魅器k m 2q 0 i 开侧盖1 0 3接触器k m 3 q o 2 妒体颧裁荐止l o s接触器k m 4 q o 3 行糕开关s q l 1 0 4接触器k m 5 q o 4 行摇开笑s q 2 l o 6 接触器k m 6q o s 行程开关$ q 3 t 0 7 接触器k m 7q o 6 行程开关s q 4 l o 。8 接触器k m $q o 。7 接触器k m 9q o 8 接触器l ( m t o q o 。9 接触器k m l lq 1 0 接触器k m l 2q 1 1 牟丰幸辜幸车喜幸丰幸车幸幸 l 纯 0 q o 妒。 sq o6 l 7日lo p l q l2叭， l | | ，- 曲t 如z p 和q ”s e1 0t r no 亍寸彳彳j 彳弋弋 图3 5 电炉冶炼部分p l c 控制i o 接线图 汪苏夭擘工程矮士论文 根搦以上内容，我们可以编制出电弧炉炼钢部分p l c 控制的程序清单附聪， 经上枧调试，运行绪巢魏下： 程序缡译0 错误，0 警告。编译成功通过。下裁成功，运行结论如下，按扁 动按钮1 0 i ，炉盏启动右移q o 0 ，6 5 秒后右移停炽下移开始，5 5 秒后转到s 1 3 段。按下廖动按镪l o 2 ，电极开始下降，进入超魏除段，6 分镑瑟，嚣始穿劳除 段，进行2 0 分锌后，进入电极回辩阶段，运行l o 分钟，开始低温区妒料熔纯 阶段，遮行9 分钟，然后炉盖上移，5 5 秒后开始左移，6 5 秒妒菔进限位，打开 锻盖，妒体颤簸，嚣始般键，出镪完毕，铡盖炉锩复位，进入下循环。 3 。2 电炉除尘系统 电炉除尘系统通常由电炉炉内排烟装置( 调带活套或移动管) 、屋顶翠、燃 烧室( 袋沉降室) 、承冷涵道、菠锈预热装嚣，管道秘澎蒎节、调节翊门、火褴 捕集器、强制吹风冷却器( 或自然对流冷却器和蒸发冷却塔) 、增压风机、主排 烟风枧、混风阀、布袋除尘、反吹( 吸) 风机、机械输获装鬣( 或气力输厌 装置) 、靛灰仓、滔邈簿设备选择经缀合丽戒。辅劲配套系统国仪表捡溺和毫气 自动化系统，冷却水系统，压缩空气系统，油润滑系统等组成。除尘系统在进 亍方案设计 e 较时，可投据系统需要进行组合为套除尘系统。 酴篁兰系统是由许多设备组减的，这些设备强风槐、豫尘嚣、耪尘输送装銎 和阀门等的动作均需椴据工艺要求，按一定的程序，规律和时间等逻辑关系究 成系统黝揉作和控制。程工业自动控制领域，任蜒自动控铡系绕舔是由对象秘 自动控制装置这德部分组成。所谱对象，是指被控制的机械设备，如风机、阀 门等。所谓自动控制装鼹，是指要霞现自动控制的装置。根据炼钢工艺条件和 要求，鑫动霹除尘系统彝设备避行搽露。 根据以上分析，我们画出排烟与除尘系统控制的流程图、输入输出分醚袭、 p l c 控制的顺序功能圈、i o 接线圈如下： 抽燃降 。 除 撵 出烧温尘放 图3 6 摊熘与除尘系统控制作流程 1 6 江苏大学工程硕士论文 表3 2 排烟与除尘系统输入输出分配表 输入信号 输出信号 停止按钮s b l 1 0 0 接触器k m l q 0 0 启动按钮s b 2 i o 1 接触器k m 2 q 0 1 接触器k m 3 q 0 2 接触器k m 4 q o 3 接触器k m 5 q 0 4 图3 7 排烟与除尘系统p l c 控制的顺序功能图 1 7 江苏大学工程硕士论文 e；，半r1辛7r2c：fr2辛r3f 9 i l 2 q 0 3 q 0 4q 05 q 00 l hi o0 工0l fe e 鹏靴蒯噶嬲 图3 8 排烟与除尘系统p l c 控制i o 接线圈 根据以上分析，写出其p l c 控制的程序清单附后。 调试结果，经上机编译，编译成功，下载成功。电机m l 开启风机，电机 舵开启燃烧装置，电机m 3 开启冷凝系统，电机m 4 开启除尘系统，电机m 5 开 启粉尘输送装置并向外排气。程序运行过程如下：按下启动按钮1 0 1 ，开动m 1 ， l o 秒后开启m 2 ，过1 0 秒开启m 3 ，2 分钟后开启m 4 ，1 分钟后开启m 5 ，排烟与 除尘系统正常运行电炉冶炼结束时，按下停止按钮i o 0 ，停m 1 ，3 0 秒后停 止m 2 ，3 0 秒后停止m 3 ，3 0 秒后停止l 4 ，3 0 秒后停止 5 。程序按要求运行， 运行正确，结果准确。 3 3 连铸和铸坯定长切割自动控制 3 3 1 圆坯连铸机 圆坯连铸机”采用了大弧型半径，结晶器电磁搅拌，液面自动控制，结晶 器保护渣自动加入装置，五辊三点矫直拉矫机，铸坯在线自动称量、打号，l 、 2 级自动化控制，可实现全自动化浇铸，能够生产出质量满足轧制3 0 0 千米小 时的高速车轮圆坯料，主要生产车轮钢、轮箍钢和钢帘线钢：铸坯规格为直径 4 5 0 毫米、3 8 0 毫米、长度为3 5 0 0 毫米至6 5 0 0 毫米，其中直径4 5 0 毫米圆坯为 目前国内断面最大的圆坯；生产规模为年产2 0 万吨圆铸坯。 南钢所采用的g x l 型r 6 米全弧形连铸机，五机五流，采用大包回转台连 江苏大学工程硕士论文 浇装置，喷淋冷却曲面结晶器，柔性四连杆振动机构，刚性引锭秆，交流变频 调速，连续矫直等先进成熟技术连铸机自己备了火焰切割机，液压推钢机投 资小运行可靠。采用p l c 程序自动控制连铸操作，也可随时切换成手动状态。 该连铸机水系统采用非软化水即可，净浊水各自单独循环，即保证结晶器用水 质量，又可节约用水。这套连铸机具有先进的技术水平，不但工艺技术水平成 熟同时具有我国特色，其工艺及设备设计也都符合我国国情 板坯规格：1 0 0 1 5 0 r a m 2生产能力：6 l o - 1 0 1 0 4 t s 。 半径：6 m 一5 2 5 m 平均拉速：2 - 3 5 m m i n 。 3 3 2 结晶器 结晶器是一个水冷的钢锭模，是连铸机非常重要的部件，称之为连铸设备的 “心脏”。钢液在结晶器内冷却，初步凝固成型，且形成一定的坯壳厚度。这一 过程是在坯壳与结晶器壁连续，相对运动下进行的。为此，结晶器应具有良好的 导热性和剐性，不易变形；重量要小，以减小振动时的惯性力；内表面耐磨性要 好，以提高使用寿命；结晶器结构要简单，以便于制造和维护。 单锥度结晶器为抛物线锥度结晶器，整个结晶器由3 2 个锥度组成，铜管长度 为7 0 0m m 。 通过长期的生产实践，发现结晶器振动装置的工作精度对连铸机的稳定生产 和铸坯质量有着重大影响。因此，采用国际上先进的结晶器板簧振动装置，实现 高频低振幅振动，提高振动精度，保证保护渣有足够的消耗量，改善结晶器内坯 壳的润滑和传热效果。 增加外置式结晶器电磁搅拌装置。其目的是均匀结晶器内的钢水温度，改善 凝固组织。 3 3 3 拉矫机 所有的连铸机都装有拉坯机。因为铸坯的运行需要外力将其拉出。拉坯机实 际上是具有驱动力的辊子，也叫拉坯辊。弧形连铸机的铸坯需矫直后水平拉出， 因而早期的连铸机的拉坯辊与矫直辊装在一起，称为拉坯矫直机，也叫拉矫机 在连铸“1 过程中，铸坯尚未完成凝固行为就已进入拉矫区，拉矫机的数量、 位置及工作参数会对铸坯质量产生较大影响。每流由5 # 6 1 6k w 的直流电机驱动。 1 9 江苏失警慕程硕士论文 限于篇幅，中问罐及其运载设备，结晶器的振动装鹭，= 次冷却系统装置， 引锭装置，铸坯切割装鬣，辊道及后步工序其他设备，电磁搅拌装鬣等不再详述 孛麓毯镄承滚整稔浏。鑫麓经裁鬣保舞滚瑟瑟动态早餐，霹凝聚握重量硷灏， 当液面高时，出钢口加快，进水e l 关小，当液面低时，出钢减慢，进水口开火一 相关内容不再详述。 菇磊器镪承液整鑫幼控裁箱超浇爨动控裁不髯嚣述。 根掘以七分析，我们可以写出铸埯定长切割自动控锦4 p l c 的顺序功能图，输入 输出分配袭，i o 接线圈如下。 交3 3 铸坯定长魏剽鑫动控裁疆入输出分配袭 输入 输出 窟动挂键s b l 1 8 o 电磁瓣线圈 ( m lq o 0 电磁州线圈k m 2q 0 1 电磁阀线圈k m 3q o 2 宅磁简缓舞k m 4q 疆3 电磁阀线圈k m 5q o 4 图3 9 铸坯定长切割自动控制顺序功能图 江苏欠喾工程疆圭论炙 辛 辜辜争 l l o 鞠1 2 锦3 l 1 雠1 00 翻3 1 0 铸坯霆获惦害l 鑫动控割l 内接线鍪 程廖经上棍调试，编译无语法锚误，下载到p l c 成功，遥程准确。按下痿 动按锾i o 0 ，捡溅裟鼗打开( q o o ) ，铡量达定长，开动切螯装嚣，藏对牙翁同 步横走裟鼍，1 0 秒后切割完成，切割复位，前进停止快速返回。进入下一循环。 2 l 汪苏走擘工程硕士论文 第4 章电弧炉炼钢监控系统 垂1 黧控系统 电弧炉炼钢监控系统是由过程控制级设备、淼控控制级设备、管理级设备 组成的多级体系，它们通过网络嚣楣连接。过程级控制设冬从过程对象采集实 对数瑟，狻颈宠缓态好貔控翻篆臻，缓受臻 管入曼戆控辜l 稽零，实现霹遗稳对 象实时控制；操作人员通过监控级设备，监视过程对象及控制装置的运行情况， 并通过网络，向过程发出指令，予预过程对象的控制，同时研进幸亍数据分柝和 摄表露镪；管理级设备可敬蔹受簸控管理缓按蕊定豹格式远毪过来豹数摇，供 统一调度。 为实现集中监控的要求，完成寅时数据采集、自动控制和上位监控的功能， 将篮羧系统分残两天郯分：下层鹣_ i 童程控翻缀，上屡鲍篮控管理级。 4 1 1 过程控制级 下蒺控裁嚣麓p r o f i b u s - d p 现场慧线，突壤瑷场簧弩貔采蹇、楚瑾及控 制器的通讯。在集中控制室设有s i e m e n s 的s i m a t i cs 5p l c 作为过程控制 的中心控制单元( 主站) ，现用s i e m e n s 的s i m a t i cs 7p l c 4 0 0 作为过程控 鬣载孛心控懿擎元 囊菇) ：蒡莰蠢e m 2 7 7 箨远程f o 臻 。奄薮泸练锈 本体的相关工艺参数通过现场仪袭测量后，经过变送器转换成4 - 2 0 m a 或0 - 1 0 v 标准信譬送入集中控制室中的中心控制单元中的信号模块。电弧炉炼钢控制数 据逶遥姨戆e m 2 7 7 囊p r o f i b u s d p 连接委集中控裁室。繁孛控割室熬p l c 采集到实时数据后，按预先编好的程序进行相成的处理，并发出相应的控制信 号通过继电器送给执行器，驱动设备运行。 4 1 2 簸控管理级 上层管理级实现j c 寸现场设备的般视、控制和管理，并实现数据基享舆体 设嚣楚：在囊孛控耧嶷菠奏一台薹鑫羟主整疑露为操露瑟避藏王程孬筵，恁予整 控电弧炉炼钢的运彳予情况；并在厂调度室设有另台上位机通过厂内的局域网 络将雀线检测到的参数送入调度警。 江苏大学工程硕士论文 4 1 3 中心控制单元 l 、主p l c 系统 s i m a t i cs 7 4 0 0 能使我们选择最合适的c p u 满足特殊应用。这可以是有 “纯粹”过程控制功能的c p u ，集成过程控制功能的c p u 或带有集成的 p r o f i b u s d p 接口的c p u 。所以这些c p u 都有一编程的多点m p i ，多点接口 的其他优点是：它很容易建立一个小型网篮，不需要附加硬件或软件，不需编 程。该系统则是应用了c p u 的m p i 接口在主站c p u 和上位机w i n c c 之间通 讯，由于主站c p u 位于中心控制室，距离上位机较近，也可以以较低廉的成本， 实现高达1 5 m 的传输速率。 2 、集成的p r o f i b u s - d p 接口 s i m a t i cs 7 4 0 0 c p u 的最强大功能也可用一个集成的p r o f i b u s - d p 接口 达到，并可作为主设备或从设备设置。最多可将1 2 5 个p r o f i b u s d p 站连接 到主设备。数据传输率1 2 m 位，s 。这种c p u 肯定加速通信过程。分布式i 0 以 与中央i 0 完全相同的方式( 即用s e p t 7 ) 进行配置和编程。实现现场分布式 智能的、灵巧的方式，无任作为主、从设备，连接到p r o f i b u s - d p 网络， s i m a t i cs 7 4 0 0 是最理想的解决方案。 3 、上位机监控系统 上位机监控机采用p 工控机，通讯网卡使用s i e m e n s 公司的c p 5 6 1 1 ， 该网卡兼容m p i 协议，m p i 协议是一种s i e m e n s 公司开发的免费通讯协议， 主要用于较近距离的数据通讯，此外在该上位机上装有s e p t 7 编程工具，因此 本上位监控机也可作为工程师站使用，实现对中心s 7 4 0 0 p l c 现场调试、编程 使用。其使用的s i m a t i cw i n c c 具有方便的数据通讯及强大的组态功能。 m p i ( m u l t i p o i n ti n t e r f a c e ) 协议适用于多点接口，可以是主主协议或主 从协议，协议操作有赖于设备类型。 m p i 协议用于两个相互通信的设备之问建立连接。这种连接可以是两个设 备之间的非公羽连接，连接数量有一定限制。主站可在需要时短时问内建立一 个连接，或是无限期地保持断开连接。运行时另一个主站不能干涉已经建立连 接的两个设备。 由于设备之间s 7 - 4 0 0 的连接是非公用的，并且需要c p u 中的资源，每个 江苏天喾工程硪士论叉 s 7 4 0 0 风能支持四个连接，每个e m 2 7 7p r o f l b u s p 模块支持六个连接。每 个$ 7 - 4 0 0 和e m 2 7 7 模块保留两个连接，其中一个绘s i m a t i c 编程器或计算机， 贯一今给镤终嚣菠。这鍪绦簦静连绞不爱鑫葵照癸嫠懿主菇( 黧c p u ) 往爱。 4 1 4w i n c c 组态软件 s i m a t i cw i n c c ( 援饔控裁串) ，是莲强予( s i e m e n s ) 在鑫动纯镁城 牟先进技术和m i c r o s o f t 的强大功能褶结合钓产物。s i m a t i cw i b c c 主要包括 计算机( c o m p u t e r ) 、标签管理( t a gm a n a g e n t ) 、数据类型( d a t at y p e ) 和编 辑器( e d i t o r ) 酉大郏分。其孛 雾撬一矮是瑟跨雾捉遗行务关戆浚置；据签 管理是对标签进行初始化定义；数掰炎型足对标签所代表的数据类型进行定义； 编辑器则是最为主要的部分。它有备种有效功能用于自动化过稷，是用于个人 诤冀瓿童豹，按终穆葶彗往缝分缓黪入撬箨瑟，霹| 三乏容器夔缝合豁准嚣爱户鬈窿 生成入机界面，准确地满足实际要求，与其他监控系统相比，w i n c c 具有下列 特点； ( 1 ) s l m 站1 ew i n c c 是一令送露戆系统 w i n c c 在自动化领域中可用所钶的操作员控制和监控任势。w i n c c 可将过 程和生产中发生的事件清楚的显示出来，它显示当前状态并按顺序记录，所记 录魏数鬟霹鞋全部显黎或遥器麓要彩式显忝，蔫连续袋菝要求壤褥，并露竣纛。 w i n c c 提供各种功能块用于以上这然功能，以及图形显示，结合各用户程序、 信息处理、i 雯i 量值处煺、配方参数秽报表。 ( 2 ) s i m a t i cw i n c c 魂i 滤经务增蕊 软件的特殊功能做成可选软件包，可以单独选购，适用于数据和功能的扩展 ( 3 ) s i m a t i cw i n c c 人机界馘是为全球用户开发的自动化领域中先进技 零产燕。s i m a t i c w i n c e 久瓿赛甏产品已经舂盔线语音诱涣功戆。这季孛珐黥在 过程操作中不但对图袭信息和测量值而且对于配鬣软件都有效。 ( 4 ) s i m a t i cw i n c c 提供安全保障 w i n c c 裁够在生产避骡中危撬绪凝麓纫发簖袋避行援告，这些落弓茸戮在群蘩 上显示出来，也可通过声卡用声音袭现出来。用以帮助消除故障。 。 ( 5 ) s i m a t i cw i n c c 保证数据的完整性。 ( 6 ) s l m 觚cw i n c c 是全西帮放酶敬 睾。 江苏大学工程硕士论文 ( 7 ) s i m 仰cw i n c c 易于使用 s i m a t i cw i n c c 在本系统中主要用于过程数据采集和输出、上位机监控界 面、报表系统的改进与制作能。 4 2p r o f i b u s 协议 4 2 1p r o f i b u s 现场总线技术的主要构成 p w f i b u s 是一种不依赖厂家的开放式现场总线标准，采用p m f i b u s 的标准系 统后，不同厂商所生产的设备不需对其接口进行特别调整就可通信。p r o f i b u s 为多主从结构，可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统。 针对不同的应用场合，它分为三个系列。 ( 1 ) 工业自动化p r o f i b u s d p 总线 它用于传感器和执行器级的高速数据传输，它以d i n l9 24 5 的第一部分为 基础，根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充，d p 的传输速率可l 2 m b i 媚一股构成单主站系统，主站、从站问采用循环数据传送方式工作。 它的设计旨在用于设备一级的高速数据传送。在这一级，中央控制器( 如 p l c p c ) 通过高速串行线同分散的现场设备( 如i ，o 、驱动器、阀门等) 进 行通信，同这些分散的设备进行数据交换多数是周期性的。 ( 2 ) 过程自动化p r o f i b u s p a 总线 对于安全性要求较高的场合，制定了p m f i b