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案例頻道 摘 要：通過對100噸轉爐本體氧搶系統、傾動系統、現場總線的改造，使自動控制系統功能更加完善，系統運行更加穩定, 使用效果良好,大大減少了轉爐因設備故障而熱停的次數和時間。設備損壞率明顯降低完善
關鍵詞：氧搶系統；PLC；現場總線
1 工藝及主要設備介紹
安鋼第一煉軋廠100ｔ轉爐于2004年3月26日投產，年設計生產能力120萬噸。采用頂底復吹工藝，底吹惰性氣體；轉爐設置兩套氧槍提升及橫移裝置，互為備用可遠程換槍作業；設置專用氮氣供應系統，采用濺渣護爐技術；采用強制循環及汽化冷卻相結合的煙道系統及新一代一次煙氣除塵系統。
2 自動化系統的特點
（1)100噸轉爐整體控制系統選用西門子PLC S7-400系列產品組成工業以太網，工業監控軟件選用西門子WINCC5.0版本, 遠程I/O現場總線及遠程站選用圖爾克系列產品。
（2)轉爐傾動、氧槍升降、汽化供水泵、副原料裝入、輔助車輛驅動控制采用西門子變頻器系列產品,其中轉爐傾動驅動控制采用閉環控制保證四臺電機同步運行。
3 轉爐本體電氣自動化系統功能描述
電氣自動化系統設計正是按上述工藝要求進行的，電氣自動化系統由計算機控制、基礎自動化控制、儀表控制、電氣控制組成。
（1)計算機通過通訊裝置采集生產過程數據、對數據進行加工處理、輸出控制命令，并與精煉和連鑄計算機通訊。
（2)基礎自動化控制
PLC-1 復吹系統
PLC-2 轉爐傾動,氧槍系統
PLC-3 汽化系統
PLC-4 二次除塵系統
PLC-5 副原料上料系統
PLC-6 副原料投入系統
（3)儀表系統主要功能是對各種參數（壓力、溫度、流量、物位、成分等）進行檢測與控制；主、副原料、鐵合金等物理量的稱量。
（4)電氣系統主要功能是用于轉爐傾動、氧槍升降控制；各種泵站閥站控制；皮帶輸送控制；副原料裝入控制；輔助車輛控制等。
4 轉爐本體電氣自動化系統改造與完善
4.1 氧槍系統存在問題與改造措施
4.1.1轉爐氧槍控制功能完善
轉爐氧槍控制與氧槍鋼絲繩張力聯鎖的完善與否，對于轉爐能否安全生產，避免惡性事故的發生，起著舉足輕重的作用。在我廠100噸轉爐氧槍張力檢測單元存在無法克服的缺陷：氧槍張力隨著轉爐氧槍的升降出現大幅度的變化，雖經多次安裝調整，氧槍張力檢測仍然無法達到理想狀態。實施的改進方案是：
a 根據氧槍升降過程中鋼絲繩張力變化的規律，制定了氧槍控制與氧槍鋼絲繩張力聯鎖保護的氧槍鋼絲繩張力上限為4.2噸,下限為0.8噸(氧槍鋼絲繩張力量程為0---4.5噸)。
b 當氧槍正常運行氧槍鋼絲繩張力≥4.2噸時，氧槍自動停止提槍，檢查氧槍系統沒有問題并且進行復位后，氧槍才能操作運行。但此時復位后如果氧槍鋼絲繩張力仍未恢復正常，氧槍運行只有10秒時間，且只能下槍而不能提槍。
c 當氧槍正常運行氧槍鋼絲繩張力≤0.8噸時,氧槍自動停止下槍，檢查氧槍系統沒有問題并且進行復位后，氧槍才能操作運行。但此時復位后如果氧槍鋼絲繩張力仍未恢復正常，氧槍運行只有10秒時間，且只能提槍而不能下槍。
d 氧槍鋼絲繩張力異常時，我們采取的是自動封鎖氧槍變頻器輸出而不是斷電保護，更有利于氧槍系統的操作安全保護。
經過上述轉爐氧槍控制與氧槍鋼絲繩張力聯鎖功能的改進和完善后，有效地解決了氧槍升降過程中氧槍小車卡軌等可能造成嚴重后果的異常問題，防止惡性事故的發生，取得了良好的運行效果。
4.1.2 氧槍的自動調節系統改造
（1）工作原理：氧槍下到吹煉位或濺渣位時PLC給出4～20mA，控制閥的氣缸進氣使閥打開。
（2）氧槍自動調節系統出現的故障：首先，濺渣時氮氣閥不能打開，或是提槍后氮氣閥不能關閉。其次，調節閥不能調節。其后果是：
① 影響生產時間，直接降低產量。
② 不能濺渣，降低爐襯的使用壽命，直接增加成本的消耗。
③ 由于閥門開關不好使用，使職工要在50多米的高空來回上下，大大地增加了職工的勞動強度，同時增加了不安全因素（煤氣濃度大）。
（3）故障原因及解決辦法
① 當時設計氣缸為3000N扭矩氣動球閥，而實際氣體壓力在20MPa左右，與實際相差太大，是氣動切斷閥開關不好使用的一個原因，儀表壓縮空氣雜質太多，是閥門不好用的另一原因。
② 解決辦法：與儀表廠家相關技術人員進行研討，把氣動球閥改為氣動直行程快切閥，在儀表氣缸前進氣管加過濾器。經過改造，目前系統運行正常。
③ 轉爐氧槍提升系統抱閘改造
轉爐氧槍提升系統抱閘原先設計為單個液壓抱閘，在使用過程中出現因液壓抱閘磨損或調整不到位等因素而發生氧槍下滑溜槍現象，為了消除事故隱患，增加設備運行的可靠性，保證安全生產，我們對之進行改造完善。為了保證液壓抱閘動作的同步，防止出現異常情況，我們采取的改造方案是使用同套液壓抱閘控制系統同時控制兩套液壓抱閘，這樣可以有效地實現液壓抱閘動作的同步，保證設備的正常可靠運行。實施改造以后，設備運行良好，從未出現氧槍下滑溜槍的異常情況。
④ 轉爐氧槍控制與汽化系統聯鎖完善
根據現場實際生產情況，對其影響安全生產的地方進行了以下功能聯鎖完善：
·正常下槍條件聯鎖：
在生產過程中隨著氧槍的升降汽包水位波動幅度很大，在下槍冶煉以及二次下槍吹煉過程中，尤其是在吹煉過程中的二次下槍吹煉，因汽包水位波動超出正常下槍條件導致無法自動下槍吹煉，必須等到液位恢復正常才能自動下槍吹煉，嚴重影響生產時間。由于這個聯鎖條件在轉爐安全生產過程中必不可少，我們對其聯鎖進行了完善。根據現場跟蹤觀察，正常下槍汽包水位由原先設定的0——+300mm更改為-300mm——+300mm，能夠滿足正常安全生產的需要。經過完善以后，使用情況良好，從根本上解決了氧槍因汽包水位波動而造成的無法自動下槍吹煉的問題。
·汽包水位異常緊急提槍條件聯鎖：
為了保證轉爐的安全生產，根據實際情況，我們在汽包水位以下幾個點位設定了報警點（汽包液位低報警—350mm；汽包液位高報警+450mm）和緊急提槍點（汽包液位低低報警—650mm；汽包液位高高報警+600mm）。汽包液位一旦達到報警點就在操作畫面上出現報警，但不參與氧槍控制；汽包液位一旦達到緊急提槍點氧槍就自動緊急提槍到氧槍等待位。
⑤轉爐氧槍控制功能優化
根據安全生產需要，我們在轉爐控制程序上進行了多方位的功能優化完善：
·轉爐氧槍開閉氧點、開閉氮點根據生產情況而進行了多次優化設定，使其能夠更好地服務于生產需要。
·轉爐氧槍升降速度在原先的慢速（變頻器輸出10HZ）和快速（變頻器輸出40HZ）的基礎上增加了中速（變頻器輸出30HZ）。氧槍中速只在氧槍等待位以下才起作用，這是為了氧槍在吹煉點的準確定位。
· 根據轉爐傾動搖爐需要，五擋傾動速度又進一步進行功能優化完善，五擋傾動速度分別為：一擋傾動變頻器輸出為7HZ，二擋傾動變頻器輸出為14HZ，三擋傾動變頻器輸出為21HZ，四擋傾動變頻器輸出為28HZ，五擋傾動變頻器輸出為35HZ。
4.2 轉爐現場總線改造
100噸轉爐投產后，根據實際生產需要，對鐵水車進行了改造，以前的鐵水車現場總線及操作箱不再使用，同時由于當初的現場總線過長，串聯的分站比較多，再加上現場環境惡劣，經常造成通訊故障，排除故障的時間過長，嚴重影響制約生產，現對下面現場總線進行了改造。改造完成以后，現場總線不但減少了長度，而且布局更為合理，同時加強線路的防護，大大減少了故障率，運行情況良好，有力地保障了正常生產。
氧槍傾動PLC：在原來的兩路通訊回路基礎上增加一塊通訊板，將2路改為3路。
改造前：1路：PLC CPU DP口→→出鋼搖爐操作臺→→爐后門操作箱→→出渣搖爐操作臺→→主控室操作臺→→卷簾門操作箱→→爐前門操作箱→→兌鐵搖爐操作臺→→1#氧槍操作箱→→氧槍橫移操作箱→→氧槍鎖定缸操作箱→→2#氧槍操作箱→→2#氧槍編碼器→→1#氧槍編碼器
2路：PLC CP443-5模板 →→傾動變頻器1#→→傾動變頻器2#→→傾動變頻器3#→→傾動變頻器4#→→氧槍變頻器1#→→氧槍變頻器2#→→鋼包車變頻器→→傾動編碼器→→渣車操作臺9CT→→爐后鋼包車操作臺1CT→→渣車操作臺7CT→→渣車操作臺8CT→→氬站鋼包車操作臺2CT
改造后：1路：PLC CPU DP口→→出鋼搖爐操作臺→→爐后門操作箱→→出渣搖爐操作臺→→主控室操作臺→→卷簾門操作箱→→爐前門操作箱→→氧槍橫移操作箱→→氧槍鎖定缸操作箱→→2#氧槍操作箱→→2#氧槍編碼器→→1#氧槍操作箱→→1#氧槍編碼器
2路：CP443-5模板 →→傾動變頻器1#→→傾動變頻器2#→→傾動變頻器3#→→傾動變頻器4#→→氧槍變頻器1#→→氧槍變頻器2#→→兌鐵搖爐操作臺
3路：CP443-5模板→→傾動編碼器→→渣車操作臺9CT→→爐后鋼包車操作臺1CT→→渣車操作臺7CT→→渣車操作臺8CT→→氬站鋼包車操作臺2CT
5 結束語
通過對轉爐本體、氧槍系統 、現場總線系統改造后,主要達到以下效果:
1)一年來，系統運行穩定, 使用效果良好,大大減少了轉爐因設備故障而熱停的次數和時間。
2)設備損壞率明顯降低。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號