葛庆涛
（山东钢铁集团莱钢建设有限公司 山东莱芜 271104）
摘要：本文介绍了莱钢90吨电炉自动化升级使用，控制上采用工业以太网和现场总线技术组成的通信网络，以PLC和计算机为中心，通过变频器等智能技术的应用，使多种在线连接在各个通讯层之间建立灵活、安全、高效的信息交换通路，实现了的高速数据采集、信息交换和快速上传、集中监控、远程传输等功能，经使用系统性能稳定可靠，效果良好。
关键词：神经网络，客户机，服务器， PLC，变频器
莱钢新投产的90吨电炉，控制系统按先进、实用、可靠、合理性的要求，采用机、电、仪、液一体化设计，形成了MES-ERP-PCS过程控制网络，与转炉等其它设备之间进行信息共享，为生产实现精益管理提供及时、准确、智能化的数据分析和管理手段。
1工作站平台配置
11 基础级（L1）
系统硬件选用Simatic S7-400 PLC，工作站为研华酷睿2代双核/Core2 Duo E4300 /1G DDR2/160G/ DVD工控机等。
12 过程级（L2）
硬件为B/S模式，工控机选用研华酷睿2 代双核/Core2 Duo E4300 /1G DDR2/160G/ DVD；开发站为HP Compaq 奔腾? 4 处理器3.0G 2MB二级高速缓存、800MHz FSB 160GB硬盘等；开发系统应用软件为网络Windows2003Server和Windows XP Pro数据库管理系统下的Oracle 10G标准版(用户数15个)。
13 生产管理级（L3）
由MES、ERP、化验室等计算机组成局域网[2]，与L2级交换机进行物理连接，实现数据通讯和冶金工艺模型等数据传送，对生产统一管理、协调。
2 控制系统网络搭建
控制系统由炉体、电极调节、喂丝机等PLC和变频器及ET200M组成二层通讯网络，通过工业以太网与Profibus-DP现场总线连接各个部件，进行实时数据通讯，在上位机工作站HMI监控画面上实行集中管理分散控制，其网络结构如图1所示。
图1系统网络结构图
3 控制系统的功能
3．1基础自动化（L1）
系统主要完成采集过程变量、输入/输出系统状态，逻辑判断和动作命令、数据处理和闭环控制信号等功能，设全自动、半自动和维护三种操作模式，全自动模式下，能将设备各运行状态送至上位机处理，并接受执行上位机下达的指令自动完成各工艺设备的动作和联锁，维修模式下手动操作操作箱/台由PLC实现半自动控制和联锁。
1）硬件功能：PLC通过开关量/模拟量输入模块采集各种模拟量信号经内部程序处理后，由相应输出模块达到对设备动作和运行进行远程监控的目的。
2）软件功能：建立操作站，一对PLC应用软件进行编程、组态、生成和维护修改过程参数、调试等操作[3]；二是根据系统加热、水冷、加料、报警、实时/历史曲线显示等十幅主画面和高压系统、机械动作、联锁条件等子画面自动记录和贮存炼钢工艺过程，操作系统合理匹配，工艺参数设定修改，并完成数据报表和过程变量输出打印。
32 过程自动化（L2）
主要完成各动态控制过程的模型计算、优化处理、向下级传送设定值和跟踪与显示、生产数据的处理及质量评判管理、故障记录、报表编制及打印等。
1）软件功能：系统能自动实现与检化验室等计算机进行网络通讯，从现有ERP和转炉L2级等系统获取生产计划、钢种信息、炉次基本报告数据、加料报告、以及运转状况和其它L2级工艺状态的更新，炉次终点报表送外部L3系统，以实现生产过程的节奏控制。
2）数据服务器功能：收集控制区域数据在数据库里，同时对ORACLE过程控制数据库能备份和恢复提供资源管理。
3）生产区域程序管理：生产计划管理功能有钢包和炉次引入及跟踪、剩余处理时间、操作指导、成分报表、事件记录、过程监督和冶炼跟踪等。
4）温度优化模型：系统自进行第一次测温后，按输入电能，加热周期，耗氩流量，加入炉内各种物料总量等，对目标钢水温度进行精度控制运算。
5）能量平衡模型：主要有效电能输入、物料放热输入能量和吸热能耗，电能损耗和废气、吹氩、钢包散热能耗等有效能量的计算。
6）吹氩模型：系统自动设定各阶段吹氩搅拌能量及搅拌强度，各期工艺参数、脱硫及钢渣反应等建立数据库，自动控制吹氩搅拌流量和时间，去除钢液中各类夹杂物及有害气体，最终满足相应技术标准。 7）合金加料计算模型：采用运筹学线性规划模型，以钢水、辅料和合金料成本最低为目标函数，用单纯型法求解，得到需要加入钢水中的辅料和合金料重量。
4 逻辑联锁及事故对策
为保证设备运行，PLC程序设有逻辑联锁和人工手动干预优先功能，当出现紧急情况时，按下操作台/箱上急停按钮即可停止所有相关设备的动作，事故处理完复位该按钮系统恢复正常运行。
1）高压断路器合闸：液压、吹氩、水冷等系统压力及流量正常、钢包车在处理位、炉盖离开上限位等条件具备方可合闸，紧急情况下不管电弧电流多大立即按下紧急分闸按钮分断变压器电源，若高压断路器损坏立即切换到备用开关维持生产。
2）钢包车行走：钢包车可以自动运行到吊包位、吹氩位、处理位任一位置自动停车，到达和离开加热工位前必须确保电极和炉盖分别上升到位、高压系统分闸、抱闸锁定解除等其它联锁条件满足要求。
3）电气“五防”联锁：真空开关操作严格按顺序进行，即合闸前隔离开关电磁锁先断电自锁再合闸；分闸后隔离开关电磁锁送电解锁后方可进入后步工序。
4）炉盖与电极升降：电极下降时，炉盖应先下降到位；炉盖提升时，电极必须先提升到位。
5）为保证各控制系统在供电突然中断时能正常工作和事故处理，系统设有带稳压功能的UPS电源柜，为减少电网波动及脉冲干扰对控制回路的影响，提高控制电源的供电质量。
6)为减轻负荷对电网和变压器的冲击，防止电极与钢水短路，采用三相电弧功率分配平衡控制和齐头等待技术自动探测等离子区，引弧前按各相电弧的最优弧长，达到最佳升降控制效果。
5讨论分析
1）通讯网络的使用：Profinet现场总线兼有工业以太网和Profibus-DP低成本、高实效、易扩展安装等优点，使现场分布式I/O设备通过工业以太网与管理系统进行无缝链接，实现高速数据交换和监控功能。
2）预置接触器的使用：变频器供电设计上一般由柜内开关或开关和接触器结合完成，但发生短路等电气事故时，若开关拒动人工停电不及时，有可能烧毁元器件，甚致使故障扩大，采用预置接触器既可以及时从HMI画面上远程停送电，又能在低电压时释放保护变频器，达到有效分断电源双保险的作用。
3）维修模式的选择：为保证无扰动过渡切换，方案只选取手/自动即可，或者取消操作箱所有操作均在HMI画面上进行，由PLC程序完成所有动作。
4）特殊模块的选用：目前智能模块技术已发展到现场总线，可与PLC联接通讯，对于称量、温度等物理量检测的场合，最好选用专用模块，所有标定由PLC来完成，减少中间变送和隔离转换环节及衰减等因素对信号的影响。
6 结论
莱钢90吨电炉在设计上采用分散的远程控制，充分体现了现场总线和网络通讯及无线传输技术的优越性，工艺上实现了“转炉－精炼－连铸”的最佳匹配，为实现多炉连浇发挥了调节功能。
参考文献
[1]宋伯生编著.可编程序控制器－配置 编程 联网.中国劳动出版社，1998
[2]郭宗仁等编.可编程序控制器及其通信网络技术.人民邮电出版社，1999
[3]侯维岩，费敏锐.Profibus协议分析和系统应用[M]．清华大学出版社，2006
论文作者:葛庆涛
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/5
标签：系统论文; 联锁论文; 功能论文; 钢包论文; 电极论文; 过程论文; 操作论文; 《电力设备》2016年第7期论文;