济钢25t转炉自动化控制系统改进
日期：2006-5-25 22:44:42 来源： 中国自动化网
点击： 作者：未知
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摘 要：针对济钢25t转炉原自动化控制系统存在的主体PLC与集散仪表系统之间通讯性能 较差、难维护、故障多、自动化控制水平低等问题，对系统进行改进，设计采用多套PLC 系统和多层网通讯，开发氧枪系统、散状料系统、煤气回收系统应用软件，实现了分系统的独立自动控制，提高了系统的自动化水平，为智能化炼钢及管理自动化提供了条件。
关键词：转炉；自动化控制系统；Modbus Plus网；PLC
1 前言
济南钢铁集团总公司第一炼钢厂（简称济钢第一炼钢厂）共有3座25t转炉，于1991年投产，年设计能力85万t。由于受当时技术水平的局限，转炉系统自动化控制水平比较落后。近年来，济钢对25t转炉的自动化控制系统进行了大量的研究改造和开发，使自动控制系统装备水平有了较大提高，满足了钢产量240万t/a的生产要求。
2 转炉自动化控制系统改造方案
2.1 转炉控制的工艺要求
25t转炉自动化控制系统由转炉主体控制部分、外围设备控制部分以及能源介质控制部分等组成，包括：转炉炉体倾动控制及位置显示、氧枪升降控制及枪位显示、散状料上料控制及仪表显示、转炉水冷门控制、烟罩升降控制、除尘及煤气回收控制、汽化冷却控制、以及氧气、氮气、煤气、冷却水等能源介质的仪表控制等部分。这些系统既完成不同的工艺过程，又有相互关联，组成紧密有机的整体，以25min为周期连续生产。
2.2 存在问题分析
25t转炉原自动化控制系统分为两大部分，一部分为转炉主体部分984PLC，每座转炉设有1个主机站、2个I/O分站，主要控制转炉倾动、氧枪定位、冷却高压水、氮封系统、散状料上料、烟罩升降、氧枪和倾动的对外联锁。另一部分为MICON—200集散仪表系统，每座转炉1套，主要控制氧枪供氧系统及氧枪传动系统的联锁、底吹供氮、供氩系统的自动调节和控制、散料称量及下料系统的自动联锁，完成整个转炉系统的监控报警显示及动态画面的指示，并通过通讯单元C—200的UI板与主体984PLC相连。单座转炉原自动化控制系统如图1所示。
图1 25t转炉原自动化控制系统
25t转炉自1991年投入使用后，自动化系统先后暴露出一些问题，主要是：
（1）系统PLC与MICON—200两部分间的通讯性能较差。PLC与MICON—200之间传递的大量重要信号、联锁点，都依靠电缆直接将回路控制器P—200与PLC的I/O模块相连，线路复杂且不可靠。
（2）维护难度大。MICON—200系统对环境要求较高，使用寿命较短，且控制板通用性差。
（3）PLC系统设置不合理，特别是I/O站位处生产现场，大量烟尘导致故障较多。
（4）系统自动化控制水平较低，外部继电器联锁较多，而且三电一体化程度较差。
2.3 改造要求
（1）以实用性为主，从现场生产与维护的实际出发，对转炉自动化控制系统进行改造。
（2）要具有较强的独立性。3座转炉应相互独立，同一转炉的各控制系统也应具有一定的独立性。
（3）应具有一定的先进性。改造后应有较高的自动化水平，并为以后实现智能化炼钢及自动化管理创造条件。
（4）经济可行，有较高的投入产出效益。
2.4 改造方案
（1） 采用多套PLC系统，分别完成各自相对独立的控制功能。
（2） 采用多层网通讯，避免因通讯故障引起的系统故障。
（3） 实现电气、仪表、计算机一体化的工业控制模式。
（4） 系统可实现与信息调度网、炼钢管理网相互进行数据交换。
（5） 具有简单的故障诊断系统，提高故障处理速度。
改造后的转炉自动化控制系统如图2所示。
图2 改造后的转炉自动化控制系统
3 系统改造内容
3.1 转炉PLC控制系统
如图2所示，整个转炉自动化控制系统由多套PLC组成，其中每座转炉的本体PLC采用Quantum-140CPU21304主机，并带有2个远程I/O分站，设有3个监控站，主要完成氧枪气、水的监控和操作，散状料系统的监控与操作，煤气回收系统的监控和操作；每座转炉的传动PLC采用984—E685主机，并设有1个监控站，主要完成对转炉倾动和氧枪升降变频器的控制，并对操作进行监视。
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关键词：转炉；自动化控制系统；Modbus Plus网；PLC
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1 前言
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济南钢铁集团总公司第一炼钢厂（简称济钢第一炼钢厂）共有3座25t转炉，于1991年投产，年设计能力85万t。由于受当时技术水平的局限，转炉系统自动化控制水平比较落后。近年来，济钢对25t转炉的自动化控制系统进行了大量的研究改造和开发，使自动控制系统装备水平有了较大提高，满足了钢产量240万t/a的生产要求。
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2 转炉自动化控制系统改造方案
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2.1 转炉控制的工艺要求
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25t转炉自动化控制系统由转炉主体控制部分、外围设备控制部分以及能源介质控制部分等组成，包括：转炉炉体倾动控制及位置显示、氧枪升降控制及枪位显示、散状料上料控制及仪表显示、转炉水冷门控制、烟罩升降控制、除尘及煤气回收控制、汽化冷却控制、以及氧气、氮气、煤气、冷却水等能源介质的仪表控制等部分。这些系统既完成不同的工艺过程，又有相互关联，组成紧密有机的整体，以25min为周期连续生产。
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2.2 存在问题分析
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25t转炉原自动化控制系统分为两大部分，一部分为转炉主体部分984PLC，每座转炉设有1个主机站、2个I/O分站，主要控制转炉倾动、氧枪定位、冷却高压水、氮封系统、散状料上料、烟罩升降、氧枪和倾动的对外联锁。另一部分为MICON—200集散仪表系统，每座转炉1套，主要控制氧枪供氧系统及氧枪传动系统的联锁、底吹供氮、供氩系统的自动调节和控制、散料称量及下料系统的自动联锁，完成整个转炉系统的监控报警显示及动态画面的指示，并通过通讯单元C—200的UI板与主体984PLC相连。单座转炉原自动化控制系统如图1所示。
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图1 25t转炉原自动化控制系统
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25t转炉自1991年投入使用后，自动化系统先后暴露出一些问题，主要是：
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（1）系统PLC与MICON—200两部分间的通讯性能较差。PLC与MICON—200之间传递的大量重要信号、联锁点，都依靠电缆直接将回路控制器P—200与PLC的I/O模块相连，线路复杂且不可靠。
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（2）维护难度大。MICON—200系统对环境要求较高，使用寿命较短，且控制板通用性差。
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（3）PLC系统设置不合理，特别是I/O站位处生产现场，大量烟尘导致故障较多。
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（4）系统自动化控制水平较低，外部继电器联锁较多，而且三电一体化程度较差。
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2.3 改造要求
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（1）以实用性为主，从现场生产与维护的实际出发，对转炉自动化控制系统进行改造。
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（2）要具有较强的独立性。3座转炉应相互独立，同一转炉的各控制系统也应具有一定的独立性。
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（3）应具有一定的先进性。改造后应有较高的自动化水平，并为以后实现智能化炼钢及自动化管理创造条件。
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（4）经济可行，有较高的投入产出效益。
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2.4 改造方案
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（1） 采用多套PLC系统，分别完成各自相对独立的控制功能。
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（2） 采用多层网通讯，避免因通讯故障引起的系统故障。
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（3） 实现电气、仪表、计算机一体化的工业控制模式。
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（4） 系统可实现与信息调度网、炼钢管理网相互进行数据交换。
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（5） 具有简单的故障诊断系统，提高故障处理速度。
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改造后的转炉自动化控制系统如图2所示。
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图2 改造后的转炉自动化控制系统
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3 系统改造内容
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3.1 转炉PLC控制系统
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如图2所示，整个转炉自动化控制系统由多套PLC组成，其中每座转炉的本体PLC采用Quantum-140CPU21304主机，并带有2个远程I/O分站，设有3个监控站，主要完成氧枪气、水的监控和操作，散状料系统的监控与操作，煤气回收系统的监控和操作；每座转炉的传动PLC采用984—E685主机，并设有1个监控站，主要完成对转炉倾动和氧枪升降变频器的控制，并对操作进行监视。
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