前言
提高煉鋼的自動(dòng)化水平，對保障煉鋼鋼水質(zhì)量、提高煉鋼的勞動(dòng)生產(chǎn)率起著至關(guān)重要的作用。由于鋼廠廠區(qū)結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)場地設(shè)計(jì)局促，生產(chǎn)流程如果完全由人工手動(dòng)控制完成容易造成鋼水輸送緊張以致不暢；另外操作環(huán)境惡劣對人工操作也具有一定的難度和危險(xiǎn)度。因此，在煉鋼過程中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制非常重要，使得整個(gè)設(shè)備操作更加安全、可靠，大大的提高了整個(gè)煉鋼工藝的連續(xù)性，減少了故障率，同時(shí)也提高了煉鋼的勞力生產(chǎn)率。
測溫取樣裝置是為了在煉鋼出鋼后對鋼水進(jìn)行測溫及取樣，為煉鋼過程控制提供溫度及化學(xué)成份參數(shù)，作為煉鋼過程工藝操作的依據(jù)。我所于2004年2月承建上海寶鋼集團(tuán)一鋼公司煉鋼區(qū)及不銹鋼煉鋼區(qū)測溫取樣裝置的設(shè)計(jì)和研究。該測溫取樣裝置是為配合不銹鋼及碳鋼熱軋板卷技術(shù)改造項(xiàng)目煉鋼工程配套而建，總共設(shè)計(jì)有十一套測溫取樣自動(dòng)控制系統(tǒng)。
1、測溫取樣裝置簡介
測溫取樣裝置由機(jī)械設(shè)備、儀表系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成的機(jī)電一體品設(shè)備。機(jī)械設(shè)備包括鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)、測溫取樣槍本體，探頭存儲(chǔ)箱組成。鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)直接安裝并固定在預(yù)先制作的基礎(chǔ)上，用于給測溫取樣槍本體安裝提供支撐和設(shè)備檢修提供條件。儀表系統(tǒng)選用現(xiàn)今各大鋼廠普遍應(yīng)用的賀利氏電測騎士數(shù)字測溫取樣儀表。自動(dòng)控制系統(tǒng)由基于西門子的S7-300 PLC站， ET200M遠(yuǎn)程站以及6ES70系列變頻器和組成。通過ProFibus-DP現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)與測溫取樣系統(tǒng)遠(yuǎn)程I/O站ET200M、6ES70系列變頻器之間的通訊。
2、測溫取樣裝置型式及主要參數(shù)
2.1 型式：支撐臺(tái)加測溫槍本體；
2.2 電機(jī)減速機(jī)：3.7KW，380V，50Hz，1500rpm，電機(jī)內(nèi)制動(dòng)，帶手動(dòng)釋放；
2.3 測溫取樣槍傳動(dòng)方式：雙排鏈傳動(dòng)；
2.4 位置行程控制：限位開關(guān)，增量型編碼器；
2.5 裝置的最大行程：7220mm
2.6 裝置運(yùn)行速度： 30m/min~3m/min；
2.7停位精度：±20mm
2.8 行程計(jì)算參數(shù)：(行程值：指測溫槍位于初始位時(shí)，從測溫探頭到液面的距離)
3、控制原理分析、系統(tǒng)組成
3.1 控制原理分析
系統(tǒng)控制主要是在裝鋼水的鋼包抵達(dá)指定工作位后，由上一級(jí)系統(tǒng)發(fā)出指令控制測溫取樣裝置工作。裝置行走由變頻器控制，由上、下限位開關(guān)對槍體上、下運(yùn)行做極限保護(hù)，由編碼器計(jì)數(shù)測量槍體行走行程進(jìn)行調(diào)速停位、測量進(jìn)入鋼水液面行程，保證測溫取樣的準(zhǔn)確性，測溫取樣儀表發(fā)出信號(hào)實(shí)現(xiàn)迅速回位、準(zhǔn)確停車及溫度信號(hào)采集，完成一次動(dòng)作循環(huán)。在此同時(shí)通過懸掛式補(bǔ)償導(dǎo)線將測溫的溫度信號(hào)傳輸?shù)较嚓P(guān)控制單元及儀表上反映。
3.2控制系統(tǒng)組成
3.2.1 控制系統(tǒng)電氣組成
綜合分析測溫取樣機(jī)械和工藝對控制系統(tǒng)的要求，控制系統(tǒng)采用如下圖1的硬件結(jié)構(gòu)。
圖1：系統(tǒng)總體硬件配置結(jié)構(gòu)圖
控制系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7-300 PLC作為基礎(chǔ)控制裝置，根據(jù)槍體設(shè)備的實(shí)際需要采用分布式模式，在現(xiàn)場安裝有現(xiàn)場操作箱，將I/O子站安裝在槍體框架上，槍體上相應(yīng)的控制信號(hào)直接送入子站，子站只需要一根PROFIBUS－DP現(xiàn)場通訊總線和一根電源線與PLC總站相連實(shí)現(xiàn)信息的上下傳輸，給現(xiàn)場操作帶來很大的方便，同時(shí)，由于電氣室和測溫取樣裝置之間有一定間距，因此采用該控制方式減少了用戶在電纜上的投資，也減少了鋪設(shè)電纜所需的設(shè)備材料和人力資源，同時(shí)還減少了從現(xiàn)場到電氣室的硬線連接，從而增加了信號(hào)的可靠性，為以后的檢修和維護(hù)都帶來了方便。另外該系統(tǒng)這樣的配置方式具有很好的可擴(kuò)展性，如果現(xiàn)場需求有所變化，增加控制信號(hào)或改進(jìn)控制自動(dòng)化程度，都可直接將信號(hào)就近接入到I/O子站，方便設(shè)計(jì)及施工。
3.2.2 控制系統(tǒng)儀表組成
本系統(tǒng)采用賀利氏電測騎士數(shù)字測溫取樣儀表DTK-A-II，該儀表具有先進(jìn)的的模式、可靠的性能和超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，以及可靠的部件和面向系統(tǒng)的操作軟件確保測量數(shù)據(jù)的精確可靠。儀表主要用于浸入式測溫，通過測槍端部的熱電偶來測量溫度，可連續(xù)測溫，具有完善的數(shù)據(jù)輸出功能。
4、控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件
4.1 PLC軟件功能：
根據(jù)裝置動(dòng)作要求，在PLC軟件控制中，測溫取樣裝置分為手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)三種工作方式，三種方式的切換在現(xiàn)場操作裝置上完成。裝置可一次性完成測溫及取樣功能，也能分別完成測溫和取樣功能。
1）手動(dòng)控制。手動(dòng)控制主要用于現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)和檢修，不受任何外部聯(lián)鎖條件限制，操作工由此檢測設(shè)備運(yùn)行的可靠性及系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。除此，也可在實(shí)際的生產(chǎn)中使用，只是要求操作工的熟練程度要高。
2）半自動(dòng)控制。半自動(dòng)控制主要用于在已知鋼水液面深度的情況下，人工選擇槍體行走行程，進(jìn)行測溫取樣操作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的取樣功能。在現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)和檢修時(shí)，是檢測設(shè)備準(zhǔn)確定位停車精度的主要方式，這要求編碼器信號(hào)讀入及處理的可靠性高。
3）自動(dòng)控制。自動(dòng)控制主要應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，無需人工干涉,獨(dú)立完成設(shè)備所要達(dá)到的工藝要求，這要求測溫取樣儀表發(fā)出信號(hào)的可靠性高，控制系統(tǒng)響應(yīng)快，變頻控制可靠。
操作開始應(yīng)保證測溫槍在初始位也即在編碼器的校零位，鋼水罐車到達(dá)測溫取樣位，測溫取樣探頭安裝完畢，根據(jù)上一工序提供的鋼水液面參數(shù)設(shè)定行程檔位（半自動(dòng)方式下）或不設(shè)定行程檔位（自動(dòng)方式下），準(zhǔn)備開始工作。測溫取樣功能執(zhí)行完畢，使得測溫槍回到初始位也即在編碼器的校零位，編碼器計(jì)數(shù)清零。
4.2 S7-300和6ES70變頻器通訊參數(shù)設(shè)置：
槍體的行走完全由6ES70變頻器控制，控制指令由S7-300向變頻器發(fā)出。在此系統(tǒng)中，我們需要在變頻器中增加一塊CBP Profibus通訊板完成S7-300與變頻器中CUVC板的通訊。PLC和變頻器通過通訊傳送控制狀態(tài)如圖2所示。
圖2：PLC和變頻器通訊
4.2.1 實(shí)現(xiàn)通訊在PLC軟件編程中的工作
在STEP7編程中需要調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFC14和SFC15，SFC15是PLC向變頻器進(jìn)行寫控制，實(shí)現(xiàn)對變頻電機(jī)的啟/停、加/減速、急停、故障停車等控制信號(hào)的傳遞，SFC14是PLC向變頻器進(jìn)行讀控制，實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前變頻電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等控制信號(hào)的傳遞。
圖2：PLC和變頻器通訊
4.2.1 實(shí)現(xiàn)通訊在PLC軟件編程中的工作
在STEP7編程中需要調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFC14和SFC15，SFC15是PLC向變頻器進(jìn)行寫控制，實(shí)現(xiàn)對變頻電機(jī)的啟/停、加/減速、急停、故障停車等控制信號(hào)的傳遞，SFC14是PLC向變頻器進(jìn)行讀控制，實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前變頻電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等控制信號(hào)的傳遞。
4.2.2 實(shí)現(xiàn)通訊對變頻器應(yīng)做的工作
S7-300和變頻器CUVC板之間通訊，S7-300發(fā)送給變頻器CUVC板的參數(shù)在CUVC板中設(shè)置，如下表所示：
5、結(jié)束語
整套控制系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試后，經(jīng)過近兩年的運(yùn)行，系統(tǒng)良好穩(wěn)定，測溫取樣成功率高，控制精度高，滿足了現(xiàn)場的工藝要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。由于系統(tǒng)的運(yùn)行效果好，又節(jié)約勞力，該廠在二期建設(shè)中也上了該系統(tǒng)，至今設(shè)備已調(diào)試完畢且投入使用，控制效果均良好。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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