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技师专业论文基于PLC及变频器技术的RH多功能顶枪控制系统姓 名：陈伟职 业：电工鉴定等级：技师（初级） 工作单位：包钢薄板厂（自动化部）二零一一年九月四日内容摘要：钢水的真空处理应用于钢水的脱氢、脱氮、去氧（轻处理）和脱硫，同时具有合金微调和温度调整的功能。在包钢生产特殊钢以及中厚板连铸生产的重要环节。顶枪应用于真空非处理状态下，对真空室进行保温，减少温降，祛除真空室内壁表面冷钢。根据炼钢厂对真空系统的生产要求，控制系统要具有高可靠性、易操作性、维修方便、控制功能全面的特点，真空控制系统的可编程控制器采用SEIMENS公司的SIMATIC S7-400 PLC。SIMATIC S7-400 PLC是具有中高档性能的PLC，具有模块化和用户易于掌握的特点，并具有高速的指令处理、人机界面、CPU的智能化诊断、具有网络通信、软件编程语言丰富的特点。 关键词：顶枪位置控制 加热燃烧控制 PID1 自动化级控制系统根据真空的工艺设备情况，真空控制系统设计采用SIEMENS公司的SIMATIC PCS7过程控制系统，系统主要由一套S7 400 PLC、两台监控站和二级计算机系统构成。RH控制系统采用两级控制系统组成，一级基础自动化系统和二级计算机控制系统，在一级基础自动化系统中完成其逻辑控制和控制回路的调节控制，二级计算机系统从基础自动化系统采取过程生产数据，根据生产计划和来钢情况进行模型运算，优化出生产参数下送到基础自动化系统执行操作。RH基础自动化系统采用西门子公司的S7 400系列的PLC控制器组成过程控制系统，网络系统采用西门子公司的工业以太网来连接LF系统、合金下料系统、中控室的操作站、报表打印机和RH的二级计算机等设备。过程控制系统采用西门子公司的S7 400系列组成PLC控制系统，操作台采用ET200M利用PROFIBUS-DP网络接入PLC主控器以减少电缆布线。机电一体设备采用RS232协议与PLC的主控器通讯。操作站与PLC系统之间采用工业以太网协议通讯，一级操作站和二级计算机采用西门子OPC协议来完成数据交换。为了对控制设备的精确定位，其传动系统采用VVVF技术来进行调速控制2.顶枪加热过程描述研究 顶枪在非处理期间由停放位开始下降，当下降到预设加热高度时，加热煤气和氧气 打开，煤气点火燃烧，调节煤气和氧气流量到给定值对真空室进行加热或去冷钢。图1 顶枪加热过程位置和加热控制以及辅助控制的核心设备是PLC，软件是RH PLC使用的软件，控制程序是用STEP 7编程语言编写的，使用梯形图、功能框图、语句表语言。程序编写使用了模块化编写方式。3PLC对操作方式的实现 3.1顶枪工作方式中央：手动上升/下降 自动升降到指定位置零位：为了避免现场或中央的误操作（检修时多设在此位）现场：通过现场操作箱上升/下降两个旋钮进行操作（从槽外位向槽内位降枪必须在现场操作，防止把枪损坏）3.2动作条件1.冷却水流量35t/h2.顶枪回水温度603顶枪冷却水差值流量0.5MPa5顶枪焦炉煤气压力50MPa6顶枪氮气和氩气压力0.5MPa7顶枪仪表空气压力正常8顶枪冷却水压力正常9顶枪冷却水阀打开状态以上9条均满足顶枪才可以完成相应工作模式，否则画面会报重故障。如遇紧急情况可通过画面短接按钮短点后处理。3.3 顶枪的动作 当真空槽到处理位后，首先打开真空槽上的顶枪通道盖板，在现场操作箱操作使顶枪下降到槽内待机位。顶枪一离开槽外待机位其保护气体氮气切断阀就打开（开指令发出5S后开限位不到就报故障），到达指定高度给气囊充气使其夹紧顶枪。假如要想再动顶枪还必须对气囊进行抽气。自动运行时：顶枪设定高度比实际高度大0.4M时，高速上升 顶枪设定高度比实际高度小0.5M时，高速下降手动运行时：顶枪高度小于7.6M时，高速上升 顶枪高度大于4M时，高速下降图2 软件程序控制设计框图 3.4顶枪的点火顶枪没有专门的点火装置和固定的点火高度。它是依靠真空槽内温度来点燃煤气的。所以理想状态下真空槽温度只有达到800以上才移动到处理位烘烤槽或处理钢水。说其没有固定的点火高度是它有四个工作模式，在每个模式下都要对其设定高度，在去冷钢和加热燃烧两个模式下需要设定煤气的流量和O2/CO的比值后，点击“启动”按钮，首先助燃氧气切断阀会打开，氮气吹扫阀打开，当顶枪到达设定高度，吹扫氮气停，焦炉煤气切断阀打开开始点火。最后依据设定的CO流量和O2.CO配比通过一定的PID算法使得现场调节阀开到恰当的开度。在加铝升温和吹氧脱碳两个模式下，需要设定O2的流量和需要的O2总量及墙体高度，然后进行加铝升温吹氧或脱碳吹氧。假如处理结束需要顶枪熄火，点击“结束”按钮，焦炉煤气O2切断阀就会依次关断，顶枪自动提升到槽内待机位。顶枪的保护气体可以在氮气/氩气之间切换，一般烘槽时都是氮气作为保护气体，当处理钢水时，由于氩气的稳定性比氮气更好，为了不影响钢制就由氩气作为保护气体。图3 信号传递结构简图3.5顶枪的事故提升正常情况下顶枪系统接在二段进线柜上，通过变频器降频可以实现高/低速控制，当发生紧急情况或二段进线突然停电时，通过自动转换开关切换到2#UPS（50KVA）供电，可实现工频紧急提升（以免损坏顶枪）当顶枪冷却水进水流量小于35NM3/H(DB302.DBX0.0),顶枪冷却进水/回水流量差值大于5，顶枪冷却水压力异常，任意信号到，都会生成紧急提枪到槽外待机位变量。要实现紧急提枪，顶枪必须选择在“中央”，紧急提升时气囊保护失效，顶枪所有处理模式都复位。顶枪助燃氧气切断阀打开时，氧气切断阀自动切换到自动控制位；关闭时氧气切断阀自动切换到手动控制位，并把氧气阀调节值下限赋给顶枪氧气流量MV（调节开度百分百）。3.6顶枪助燃氧气，脱碳氧气的计算通过FC170可以看出，氧气流量的计算存在一个单位换算问题，通过程序把现场流量计检测处的流量值处以3600换算成实时流量值然后进行累加。如图：顶枪助燃氧气累计流量计算程序顶枪焦炉煤气的流量计算和氧气类似。3.7顶枪高度计算编码器的脉冲个数是以十进制送入PLC。槽外待机位脉冲数清零，实际高度显示10.8米顶枪一旦离开槽外待机位脉冲数开始计数，与初始高度10.8M相减得到实际高度。脉冲数*1.02/1000=高度数值顶枪槽内位高度为9.5M顶枪助燃氧气、煤气配比限制氧气煤气1.2以后取1.2，小于0.6以后取0.6 （0.6=氧气/煤气=1.2）4 结语 在实际运用中，有些地方发生了码盘掉电造成枪提出真空槽车，造成电缆被烧接地事故，导致生产中断的事件。经过系统改造，分离开关，使得这种事故影响达到最小范围。顶枪系统的可编程序控制器以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术，具有可靠性，易操作性，灵活性，机电一体化和较强的适应恶劣环境的特点。目前在实际运用当中PLC系统的供电系统非常可靠，人机界面友好，易操作，使用维护方便，PLC满足