一、系統(tǒng)概述
轉(zhuǎn)爐自控系統(tǒng)為西門子可編程序控制器（PLC）和上位工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的兩級微機(jī)控制系統(tǒng)。同時(shí)在需要調(diào)速的轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)和氧槍系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部分采用交流變頻器以取代直流調(diào)速系統(tǒng)。控制方式上采用安全可靠的三地控制，即操作臺(tái)、上位機(jī)、機(jī)旁操作箱，任一方出現(xiàn)故障時(shí)，不影響系統(tǒng)正常工作。PLC與計(jì)算機(jī)采用通訊模式，上位工業(yè)控制機(jī)裝WINCC人機(jī)接口軟件。通過各種參數(shù)曲線的描述及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示和可操作性能，使系統(tǒng)更具備先進(jìn)自動(dòng)化水準(zhǔn)。同時(shí)在屏蔽隔離、濾波和糾錯(cuò)技術(shù)的前提下，保證系統(tǒng)運(yùn)行的最高可靠性能。
在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)，氧槍精確定位及控制系統(tǒng)中采用我公司為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)專門研制的專利產(chǎn)品DIS-V型轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度顯示儀和ZNLK智能主令控制器和YSX-Ⅲ型智能語音報(bào)警器。大大提高了轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化水準(zhǔn)和可靠性。
此自控系統(tǒng)將完整地實(shí)現(xiàn)爐體傾動(dòng)，氧槍升降與橫移，煙罩和擋火板的控制，散裝料、合金料裝配料控制，鋼包車及稀油站控制的煉鋼過程自動(dòng)化。同時(shí)車間采用五路攝像監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對車間的重要崗位進(jìn)行不間斷的監(jiān)視。
轉(zhuǎn)爐的儀表系統(tǒng)全部由傳感器進(jìn)入PLC自控系統(tǒng)中，使在計(jì)算機(jī)上對車間的所有儀表參數(shù)一覽無疑。
經(jīng)我們精心設(shè)計(jì)同時(shí)綜合了多年從事轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制的經(jīng)驗(yàn)我們相信這個(gè)設(shè)計(jì)是一個(gè)簡潔、可靠、性能價(jià)格比高的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：
二、控制系統(tǒng)軟、硬件組成
控制系統(tǒng)核心部分是西門子PLC S7-300系統(tǒng)，稱重采用集成的稱重模塊，上位機(jī)用研華工業(yè)控制機(jī)，傾動(dòng)和氧槍采用交流變頻器，操作界面采用非常流行的WINCC 人機(jī)接口軟件。
轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)硬件框圖：
1、 PLC系統(tǒng)
此煉鋼的主控制系統(tǒng)采用西門子S7系列的S7-300PLC。目前控制系統(tǒng)中稱量部分，我們采用了西門子稱重模塊，它集成在S7-300PLC系統(tǒng)中。電信號由現(xiàn)場3個(gè)傳感器（每個(gè)電子稱3個(gè)壓式荷重傳感器并聯(lián)，安裝在平面三角形的三個(gè)角）傳給稱重模塊，再經(jīng)稱重模塊計(jì)算后變?yōu)橹亓恐担ㄟ^PLC總線直接傳送到CPU ，然后在上位機(jī)上顯示出來。這種模式為目前工業(yè)稱重最先進(jìn)的系統(tǒng)，以傳感器的毫伏信號直接進(jìn)入PLC，免去了變送器和儀表等中間環(huán)節(jié)從而增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力。校秤使用西門子提供的稱重組態(tài)軟件，通過計(jì)算機(jī)串行接口進(jìn)行校秤，過程簡單、快捷，生產(chǎn)過程中如需校秤，可用控制系統(tǒng)程序由上位機(jī)下達(dá)指令，通過S7-300 PLC直接進(jìn)行。
此稱重系統(tǒng)是我公司在多個(gè)冶金自動(dòng)化工程中應(yīng)用的實(shí)例，均得到了十分滿意的效果。
2、 上位機(jī)系統(tǒng)
上位機(jī)采用研華IP 610工業(yè)控制機(jī)，這是一種工業(yè)上簡捷可靠的通訊方式。這種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是適應(yīng)于工業(yè)控制場合的專用計(jì)算機(jī)，可以24小時(shí)連續(xù)工作，抗干擾、抗灰塵、散熱、運(yùn)行速度等各方面優(yōu)于一般計(jì)算機(jī)。
由于此煉鋼工藝需要的畫面較多，因而我們采用兩臺(tái)工控機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，從而加快了數(shù)據(jù)傳輸速度，一臺(tái)顯示控制轉(zhuǎn)爐工作過程，一臺(tái)顯示儀表數(shù)據(jù)。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時(shí)達(dá)到了故障分散的目的，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
3、 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部分
爐體傾動(dòng)驅(qū)動(dòng)及氧槍提升驅(qū)動(dòng)，采用交流變頻器。交流變頻器取代直流調(diào)速設(shè)備在90年代末已廣泛采用。它在滿足生產(chǎn)工藝性能要求的前提下使系統(tǒng)造價(jià)大大降低，同時(shí)也帶來系統(tǒng)的簡捷，維護(hù)方便，容易掌握，操作方便等諸多的優(yōu)點(diǎn)。所以，采用交流變頻取代直流驅(qū)動(dòng)是一個(gè)最優(yōu)的方案。
4、 操作界面
上位機(jī)操作界面采用西門子專用人機(jī)接口軟件WINCC，因其功能強(qiáng)大、易于掌握、使用方便、可靠性好、操作簡單而受到歡迎。所有操作皆可由鼠標(biāo)完成，可進(jìn)行參數(shù)顯示、修改、設(shè)定，可以方便制作出動(dòng)態(tài)工藝畫面，操作畫面，歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線等功能完善的畫面。
對所有的工藝參數(shù)如：壓力、流量、溫度、重量等值在上位機(jī)上用實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、直方圖、參數(shù)表等方式顯示，并進(jìn)行報(bào)警、統(tǒng)計(jì)、打印報(bào)表等處理。同時(shí)在上位機(jī)可隨時(shí)設(shè)定溫度、流量等報(bào)警值。
所有設(shè)備的啟動(dòng)與停止均可在上位機(jī)上完成，同時(shí)也可根據(jù)實(shí)際情況，在操作臺(tái)上或在機(jī)旁操作箱上完成。但每次只能一方操作不能同時(shí)進(jìn)行。
每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可在工藝流程圖中動(dòng)態(tài)顯示，并可在狀態(tài)表中顯示其運(yùn)行、停止、故障、手動(dòng)、自動(dòng)等狀態(tài)。可以用鼠標(biāo)在計(jì)算機(jī)上手動(dòng)操作（根據(jù)工藝要求）每臺(tái)設(shè)備，使其運(yùn)行、停止。
實(shí)時(shí)的動(dòng)畫與實(shí)時(shí)曲線顯示生產(chǎn)過程，實(shí)時(shí)顯示鋼溫，水溫，水流量，液位等生產(chǎn)工藝參數(shù)。
5、 智能語音報(bào)警器
智能語音報(bào)警器是我公司自主開發(fā)的一種高科技產(chǎn)品，除有燈光外還有語音輸出，不同報(bào)警有不同的語音內(nèi)容輸出，可隨時(shí)根據(jù)需要錄制、修改、報(bào)警內(nèi)容，聲音清晰、宏亮。
系統(tǒng)中的智能語音報(bào)警器，加強(qiáng)了系統(tǒng)報(bào)警能力，出現(xiàn)故障時(shí)，可用語音直接指出故障
三、主要完成的功能
主要完成散裝料、氧槍、轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)及儀表三大部分的自動(dòng)控制及稱量自動(dòng)補(bǔ)償。
1、 散裝料部分：
① 在上位機(jī)上可隨時(shí)根據(jù)煉鋼的要求設(shè)定各稱量斗的重量值，顯示其每次的稱量值、誤差值、班累積、總累積，自動(dòng)計(jì)算下次設(shè)定值，并作歷史曲線，交班時(shí)可對班累積清零，隨時(shí)打印報(bào)表。
② 稱量過程，由于程序中有提前量設(shè)定，且有自動(dòng)誤差補(bǔ)償功能，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)每次需振料的重量與上次的誤差與提前量等各參數(shù)自動(dòng)算出下次所需振料的重量，從而準(zhǔn)確的停止振料機(jī)。實(shí)現(xiàn)對石灰、礦石、合金的自動(dòng)精確稱量，每批料間都進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，超差報(bào)警并自動(dòng)修正補(bǔ)償量，零點(diǎn)自動(dòng)跟蹤。
③ 經(jīng)誤差自動(dòng)補(bǔ)償后，長時(shí)間的生產(chǎn)，累積誤差小于 5Kg,(人為因素及設(shè)備故障除外)。
④ 稱量時(shí)間不大于60秒，混配時(shí)間不大于50秒，且具有卡料不停機(jī)，報(bào)警自動(dòng)解除，自動(dòng)延時(shí)配料功能。
2、 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)部分
① 為了提高電機(jī)的同步性能，在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)中選用單臺(tái)變頻器供多臺(tái)電機(jī)方式，從而減少了同步通訊帶來的不同步性。
② 轉(zhuǎn)爐的左右傾動(dòng)，我們采用手動(dòng)主令來控制。由于轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中每爐鋼的不確定因
素很多，若實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制無疑會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的故障率。整個(gè)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)過程我們將實(shí)現(xiàn)多段速度控制，低速啟動(dòng)、低速停止。通過手動(dòng)主令的通斷給上位機(jī)和PLC發(fā)送信號，PLC接收到主令信號后，進(jìn)行處理與分析，PLC的輸出點(diǎn)控制變頻器，不同的輸出點(diǎn)對應(yīng)變頻器不同的輸出頻率，從而使電機(jī)實(shí)現(xiàn)了多段速度運(yùn)行的目的。當(dāng)需要調(diào)整電機(jī)速度時(shí)只需在變頻器的操作面板上修改變頻器內(nèi)部參數(shù)即可，而不需要調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)。
通過我公司專為轉(zhuǎn)爐研制的DIS-V型轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度顯示儀來動(dòng)態(tài)的顯示轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度，操作人員可以通過觀察角度顯示儀更清楚的知道轉(zhuǎn)爐當(dāng)前的角度，從而減少的事故發(fā)生率。
3、 氧槍升降部分
氧槍主槍與備槍的精確控制采用智能主令控制器，它是老式主令的取代產(chǎn)品，其定位的精確度可以達(dá)到毫米級。通過與卷揚(yáng)機(jī)相連的高精度電子編碼器，采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號，在S7-200PLC內(nèi)部進(jìn)行處理與分析后輸出，智能主令控制器的輸出點(diǎn)進(jìn)入主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)的輸出點(diǎn)控制變頻器的運(yùn)行，從而達(dá)到精確對上極限點(diǎn)、上變速點(diǎn)、待吹點(diǎn)、下變速點(diǎn)（開氧點(diǎn)）、吹煉點(diǎn)、下極限點(diǎn)的定位。通過西門子漢化操作面板TD-200在操作面板上調(diào)整各輸出點(diǎn)對應(yīng)的點(diǎn)數(shù)，達(dá)到精確定位的目的。
4、儀表部分
儀表進(jìn)入PLC，取消了系統(tǒng)中原有的二次儀表，所有數(shù)據(jù)通過PLC處理后在上位機(jī)顯示并由打印機(jī)打印。由于傳感器采集過來的信號直接進(jìn)入PLC而沒有經(jīng)過二次儀表處理從而減少了信號在傳遞過程中的失真因素和不確定因素。使信號更加穩(wěn)定，系統(tǒng)更加安全可靠。
5、攝像監(jiān)視系統(tǒng)
為了提高整個(gè)系統(tǒng)的安全與可靠性，我們采用了攝像監(jiān)視系統(tǒng)，它主要由云臺(tái)、可變焦鏡頭、彩色攝像機(jī)、電子調(diào)溫戶外防護(hù)罩、云臺(tái)與鏡頭控制器、畫面分隔器、等設(shè)備組成。
可變焦鏡頭與彩色攝像機(jī)連接后，裝入戶外電子調(diào)溫防護(hù)罩內(nèi)，然后把其整體固定在云臺(tái)上。通過四畫面分隔器把多路采樣鏡頭送入工業(yè)彩色顯視器中，同時(shí)操作人員還可以根據(jù)情況選擇想要觀察的畫面，對畫面進(jìn)行放大或縮小。
操作人員通過放在主控室內(nèi)的云臺(tái)與鏡頭控制器，來操作云臺(tái)的左右與上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)360度的旋轉(zhuǎn)與控制，從而擴(kuò)大了視野增加了整個(gè)監(jiān)視的范圍。
