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炉外精炼自动化系统的操作实践
更新时间:2019-04-08 21:37:22 字号:T|T
炉外精炼自动化系统的操作实践  本文仅介绍自控系统的构成、主要功能及特点。  1系统硬件构成  基础自动化系统由西门子S5-135UPLC和O

炉外精炼自动化系统的操作实践  

  本文仅介绍自控系统的构成、主要功能及特点。

  1系统硬件构成

  基础自动化系统由西门子S5-135U PLC和OS-B41 COROS操作站,通过H1总线组成分布式控制系统。LTS1配有4台PLC和3台操作站,LTS2配有3台PLC和3台操作站。每台PLC负责完成本身承担的设备控制功能,而操作站全部是主站,每个站都能完成其他站的全部功能,互为备用。

  2PLC承担的主要功能

  (1)LHF PLC主要功能:氩气搅拌控制;钢包运输车控制;测温取样操作控制;变压器操作监视;高压设备操作监视;液压设备操作监视;冷却水监控。

  (2)VD PLC主要功能:氩气搅拌控制;VD盖车运动控制;真空泵系统操作控制;测温取样操作控制;喂丝操作控制;可移动弯头小车控制;冷却水监控。

  (3)合金/熔剂添加系统PLC主要功能:上料系统操作控制;加料系统操作控制;真空料斗动作控制;除尘系统联锁控制。

  (4)TS PLC主要功能:氩气搅拌控制;喂丝机操作控制;TS盖车操作控制;扒渣机操作控制;测温取样操作控制。

  (5)电极调节PLC主要功能:电极控制。

  3通信模块的应用

  基础自动化局域网采用SINEC H1总线结构,每台PLC配置一块CP143模块,操作站和编程器配置一块CP1413模块,这些模块通过单口或双口收发器上网。指定一台PLC收集H1网上与二级计算机有关信息,通过CP544模块与二级计算机通信。考虑到串行通信速率低,为避免瓶颈现象发生,CP544的一个通道专管发送,另一通道专管接收。此外,应用专用模块实现对philips称重仪、高位料仓料位计、喂丝机PLC和测温定氧仪的通信。所有这些串行通信的应用,增加了系统数据传送的可靠性,节约了大量信号电缆。

  4系统设备和控制特点

  LHF系统

  80t钢包加热炉采用二台钢包车离线式布置,钢包车用变频调速电机驱动,控制精度±20mm。

  电极直径Φ400mm,节圆直径Φ700mm,电极行程3000mm,调整速度80mm/s。3个电极固定在电极立柱的一个电极臂上,通过电极立柱一起升降(简称单立柱),整个结构紧凑、坚固,占用空间小,电极调节容易。电极调节选用ET公司产品ET-DEC-921数字式阻抗调节器(由S5-135U PLC控制),由于是单立柱调节,实际电流选择三电极电流的平均值(也可以选择***小电流值)进行控制。二次电压设定由二级计算机给出,也可由人工设定。阻抗调节器(采用PID算法)输出信号送至电液比例阀,控制电极升降。

  变压器选用德国SGB公司的14MVA变压器,初级35kV,次级200~300V,10抽头有载调压,可过载20% 2h,******二次电流39kA,钢水升温速度4℃/min。大电流用德国ET公司的ROGOWSKI线圈检测,将线圈直接安装在变压器次级输出母线管上。当电流在6A以下,线圈感应电压是45mV/A;在7.5~100kA时,线圈感应电压是从270mV开始,以36mV/kA呈线性关系上升,测量精度足够高。感应电压通过变送器转换成标准信号送入PLC,作为实际电流测量值参与调节。

  为了降低电网谐波量,改善35kV母线的功率因数,系统配备了谐波补偿电路。

  2)VD系统

  本系统用一套真空泵系统对两个真空罐位,即双工位。除可移动盖车外,增加可移动弯头小车、喂丝机和测温取样枪小车、旋转皮带等设备,以满足双工位的工艺要求。真空抽气系统由4级5个泵(蒸汽喷射泵和增压泵)组成,抽气能力在67Pa时抽20℃的空气能力为250kg/h,极限真空度为20~30Pa。从大气压到中等真空度抽气由蒸汽喷射泵提供,到达低真空度抽气由增压泵提供,为缩短启动时间增加了启动泵,整个过程由PLC顺序控制。蒸汽喷射泵和增压泵所用蒸汽在喷雾冷凝器中冷却,冷却水流入地下密封水箱。当检测真空压力小于40kPa时,启动PID调节器调节旁通阀门开度,控制抽力使真空度按设定梯度下降,以防止钢水剧烈反应溢出。当真空压力小于4kPa时,关闭PID。

  3)底吹氩气流量控制

  氩气流量控制选用德国Rosemowrt Salas公司的5863型质量流量计。该流量计既能检测流量,又能对流量进行PID控制,PID控制设定值由操作人员根据钢种在操作站屏幕上用键盘设置。工艺要求在钢包底部使用两块透气砖,采用两路大流量氩气搅拌深脱硫,PLC根据吹氩总量平均分配给两路氩气流量控制仪,由于透气砖易堵,PID的设定值被设计成当一路流量逐渐减少时,另一路流量逐渐增加,吹氩总量不变。

  二级计算机系统

  1系统构成

  主机选用DEC公司ALPHA AXP DEC 3000/600S小型机,服务器选用INFO-SERVER1000,该系统以光缆集线器DEC hub90为中心组成星形通信网络系统。

  系统主要软件有:

  OPEN VMS/HANZI V6。0操作系统;

  在OPEN VMS AXP环境下的系统管理软件MSV,记录管理软件RMS,开发图形用户界面的DEC WINDOWS MOTIF/HANZI和GUIMAN;MDV公司自行开发的系统应用开发工具包case system MODAS。

  1应用软件结构和功能

  每个功能又分为若干模块、子模块和单元来完成该功能下特定的任务。功能、模块、子模块和单元的每一部分都是树上的一个节点。每个功能都有自己的一个子目录,该子目录包含该功能下的各个应用程序。

  3工艺模型特点

  炉外精炼的工艺模型分为通用模型、LHF模型、VD模型和TS模型。通用模型主要进行合金材料目标值计算;LHF、VD、TS模型主要是进行能量平衡计算,设定值计算,处理时间计算。

  合金材料目标值计算PGMC

  本程序计算达到计划钢种成分目标值添加的合金材料量,它由PGMCAI、PGMCOI、PGMCDS 3个子程序组成。

  (1)合金化操作指令PGMCAI

  本程序使用单纯型法计算,以实际钢种成分为基础,确定达到要求成分的合金材料***经济的组合。每当从化验室得到新的成分分析数据时自动启动本程序。通过“合金化操作指令”对话,可以设定用以计算的输入数据以及显示计算结果。本程序计算结果为

  。所选合金材料(材料代码、材料说明、每处添加重量、总重);

  .所选合金材料总温度损失;

  。所选合金材料总价;

  。***终钢水成分;

  。***终钢水重量。

  (2)脱氧操作指令PGMCOI

  根据钢水中氧的实际含量和目标值,以及钢水温度,通过反应的平衡状态计算出用于脱氧的铝的重量。

  (3)脱硫操作指令PGMCDS

  计算用于脱硫和覆盖钢水顶渣所需的石灰和萤石的重量。

  LHF工艺模型PL

  本模型计算一炉钢水的能量平衡,确定钢水调整温度和化学成分的设定值,计算处理时间。

  模型总的处理过程分为准备阶段和调整阶段,处理步骤分为加热、脱氧、脱硫、合金化。

  LHF的能量平衡计算公式概括为

  钢包内总能量=钢包到达时的能量+能量总输入-能量总损失-测温引起能量变化-加料引起的能量变化

  计算时考虑下列因素的影响:

  输入电能;输入电能中损失的能量;水冷炉盖的能量损失;表面幅射的能量损失;搅拌引起的能量损失;添加材料引起的能量输入/损失。

  计算在程序中分为预测计算,动态计算和非周期性计算。

  (1)预测计算PLPC

  预测计算的目的是提前确定在本站的处理持续时间和消耗量,用它来核实钢的化学成分和温度达到目标值的可能性,以及所要求的钢包到达连铸机的时间。预测计算的输入数据为各种目标值和实际测量值。在得到测温数据和以实际分析数据为基础的合金化操作指令时,在钢包到达后完成首次预测计算。在测温、有新的合金化操作指令、要求钢包到达连铸机时间改变、手动启动等事件发生时会重新开始预测计算。预测计算通过调用PLPCEC(能量平衡计算)、PLPCPS(过程控制设定值计算)和PLPCTT(处理时间计算)3个子程序来进行。

  (2)动态计算PLDC

  动态计算使用来自工艺过程的周期性输入数据,也使用一些预测计算和非周期性计算结果,周期地进行计算。当初始计算完成时,它做第1次计算。动态计算通过调用下列3个子程序来进行。

  -能量平衡计算PLDCEC

  本程序周期性地计算一炉钢的能量平衡,根据能量平衡计算钢水实际温度。

  -剩余处理时间计算PLDCTT

  依据能量平稳状态和过程目标值,周期性计算剩余的处理时间。

  -过程控制设定值计算PLDCPS

  计算电压抽头级。

  (3)非周期性计算PLAC

  非周期性计算是估算某些生产事件发生后的工艺过程值。本程序在下列生产事件发生时进行计算:定氧;测温;接收到钢水成分;添加合金材料;开始人工操作。本程序完成的计算项目有:初始计算;取样后钢水成分修改;定氧后氧浓度修改;测温后温度修改;添加合金材料后钢水重量修改;添加合金材料后钢水成分修改;添加合金材料后钢水渣量修改。非周期性计算通过调用PLACSC(初始计算)和PLACTA(温度、成分和重量修改)两个子程序进行。

  VD模型和TS模型

  VD模型和TS模型与LHF工艺模型比较,因各工位处理过程不完全相同,发生的生产事件和添加物料也有所不同,但模型的计算原理和方法是一样的,这里不再重复。


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