计算机控制在LF电极控制系统中的应用

陆娟

（马鞍山钢铁股份有限公司原燃料采购中心，安徽马鞍山243000）

计算机控制在LF电极控制系统中的应用

陆娟

（马鞍山钢铁股份有限公司原燃料采购中心，安徽马鞍山243000）

马钢第四钢轧总厂LF电极调节控制系统是基于计算机的控制系统，较以前的PI调节器控制系统有很大的优势。介绍了马钢第四钢轧总厂LF电极调节控制系统的概况、备份与恢复以及在日常故障处理中的应用。

精炼;电极;优势

1 LF控制系统概述

LF主要是通过石墨电极与钢水拉弧放电使钢水升温，电极控制系统就是要确保在这种条件下石墨电极能够和钢水拉弧正常，电极控制取决于很多因素，其中供电系统对电极控制影响很大，图1为LF电极调节系统供电单线图。

图1中110 V电源来自炼钢变电所。经炼钢变电所内75 MVA变压器，电压变为35 kV。在35 kV的开关站内，采用真空断路器进行分断，并采用静态补偿和滤波装置。35 kV输入到45 MVA变压器一次侧，45 MVA变压器二次侧装有调压开关，共13档，称为13级有载调压，因此经过45 MVA变压器后二次侧电压为350 V到500 V，分为13档。该电压通过二次短网、水冷电缆、导电横臂输入到石墨电极。其中当45 MVA变压器二次侧电压为462 V至500 V时45 MVA变压器采用恒功率输出，其它电压时45 MVA变压器采用恒电流输出。在生产时操作人员根据工艺来选择所需要的二次侧电压即档位，选择好后该信号被输入到LF电极控制系统即ARCOS控制系统中。ARCOS控制系统是一个独立的基于计算机控制的自动调节电极升降的系统。LF电气控制系统除ARCOS控制系统，还有2套 S7-400PLC，3套S7-300PLC控制系统。其中1套S7-400PLC用于LF炉本体控制,1套S7-400PLC用于LF合金系统控制,2套S7-300PLC用于2个喂线机设备控制，另1套S7-300PLC用于喷粉系统控制。ARCOS控制系统是LF控制系统的核心。这6套控制系统通过现场网络相互连接，数据可自由交换。

2 ArCOS控制系统概况

从图2可以看到，控制系统的中央设备是一台带显示器和键盘的工业计算机。显示器和键盘主要是设定参数值和显示系统的相关内容。罗茨线圈检测45 MVA变压器二次侧的电流值，并通过模拟量输入板输入到计算机中。计算机通过ProfiBus DP接口输出信号到控制电极升降的液压比例阀。

ArCOS控制系统是三相电弧控制系统,电极控制受很多因素的影响,这些因素在电极控制系统要一并参与计算,包括进线电源短路功率,三相主回路电阻,变压器本身电阻,水冷电缆电阻,变压器功率因素以及电源电压等。在实际生产中，还有很多因素必须要考虑，如三相电流值是否平衡、过电流限制、过电压补偿、电极升降加速限制、钢包炉的内衬是冷的还是被充分加热、钢包底部搅拌是否停止、钢包中钢水液面钢渣的厚度等等。因此电极控制系统是一个非常复杂的控制系统。ARCOS控制系统已经将这些因素都考虑在内并且加入到控制系统的运算之中。

图1 LF电极调节系统供电单线图

3 控制系统备份与恢复

因为ArCOS控制系统的基于计算机的控制系统，它的备份和恢复都是非常简单和快捷的。系统备份是用来保存控制系统所有文件的参数，备份好的文件放在安全的地方。在控制系统中一些文件破环或者系统不能正常工作时，我们可以利用备件的文件快速恢复系统，使其正常工作。备份时通过计算机目录文件菜单中“创建备份”来启动。备份包括安装目录的所有文件。恢复备份时通过选择安装在根目录的备份文件来恢复。

4 ArCOS控制系统的优势

ArCOS控制系统是最新一代的智能电极控制系统，采用独立的控制器自动调节电极升降，通过信号变换电路及输入模块采集系统各相电弧电流、变压器电压等级以及其它相关的给定信号，先将弧流进行运算处理，并将运算结果与给定值进行比较，将输出信号送至液压系统电极升降比例阀，实现电极位置自动调节，从而控制输入到炉内的功率，按照弧形图曲线运行，满足冶炼工艺要求。ARCOS电极控制系统拥有完整的HMI视图，关键参数均在视图中时时显示，操作人员根据参数的变化可以选择不同的档位来满足生产。报警信息显示在视图中，以便操作人员能够及时发现，HMI视图也能给设备人员判断故障提供信息，极大地节省了人力与时间。

图2 ArCOS控制系统硬件简图

5 生产现场应用

在LF生产过程中，操作工发现连接二次短网和水冷电缆连接母排处有打火现象，很快就有黑烟冒出，判定是有物体烧着了，于是操作人员立即停止生产并到现场，在用灭火器将燃烧物扑灭后，发现是由于水冷电缆的外皮和一些杂物被火花点燃引起。操作人员处理完现场后再次启动时，变压器却送不上电，判断系统中有接地或短路现象，根据经验，此类故障多是因为水冷电缆老化造成，便随即安排对B相两根水冷电缆进行了更换（因为此时B相水冷电缆有扭曲想象）。经过10小时的努力，B相两根水冷电缆被更换下来，经检查发现其连接母排有一些发黑，这说明此处曾有过打火。但更换完B相水冷电缆后依然送不上电，于是请母排厂家专业人员到现场对母排的平整度等进行检查，并没有发现问题。经相关人员现场讨论后决定，如果还不能正常送电将整体更换母排的固定装置，由于更换母排的固定装置估计需要24 h，且从来没有更换过，更换后的安装精度也没有人有信心完成。就在大家一筹莫展之时，电气点检员在多次查找后，从ARCOS电脑画面发现每次变压器送电时只有C相电压上不来，A相和B相在送电时电压可以瞬间到达300多伏（即正常值），而C相最多只能到40多伏，而后三项电压迅速回零。这就可以肯定A相和B相是正常的，问题出在C相，于是取消了整体更换母排固定装置的想法，集中精力再逐段排查C相，最终发现C相母排和变压器墙上的液压管之间搭接了被烧焦的水冷电缆外皮，由于水冷电缆的外皮中有钢丝，造成了C相接地。于是，维修人员取出烧焦的水冷电缆外皮，并对母排和液压管之间做了绝缘处理。最终送电正常，故障得以解决。由此可见，ArCOS控制系统的HMI画面信息让我们缩小了排查故障范围，又为解决故障指明了方向，从未节省了大量的时间、人力，并使生产得到尽快恢复。今后，在电气人员的不断努力下，可以更为熟练的掌握和应用ArCOS控制系统，为生产顺行提供保障。

传统的LF电极控制系统采用PI线性控制器模式，采用电流或电压闭环控制方式，电流测量方式为间接测量方式（根据变压器一次侧电流计算），这种控制方式只能是单一的控制方式，无法系统的集合其它因素，所以导致电极电流控制十分不稳定，使钢水加热速率无法保障，同时电流波动会造成电极抖动并产生横向摆动力，对电极连接处螺纹造成损害，易造成电极脱落和断裂。电极脱落和断裂对钢包炉生产危害性极大，不但完全打乱了钢水的连续作业程序，而且处理极为困难。脱落的电极碎片容易飞溅，给人身安全也带来很大隐患。ArCOS控制系统使用罗茨线圈直接检测每相电极的电流值，罗茨线圈安装维护方便且测量值准确可靠。

6 结束语

马钢第四钢轧总厂LF由Siemens VAI公司技术总负责，该项目于2007年3月12日热负荷试车成功,系统的各项性能指标达到了设计要求,系统自投运以来,整个ArCOS控制系统没有出现任何故障停机事件,系统运行性能稳定,运行状态良好,基本上实现了免维护,是一套成熟的电弧炉调节系统.

收修改稿日期：2014-09-03

App lication of Com puter Control in LF Electrode Control System

Lu Juan
(TheRawMaterialsandFuelsPurchaseCenterofMaanshanIronandSteelCo.,Ltd.,Maanshan,Anhui243000,China)

The computer-based LF electrode regulating control system of Masteel’s No. 4 steelmaking and rolling works has greater advantages over conventional control systems with PI regulators.The general situation,backup and restoration and application in daily fault treatment of the computer-based LF electrode regulating control system are introduced.

steel refining;electrode;advantage

TP27

B

1006-6764（2014）12-0072-04

陆娟(1982-），女，毕业于合肥工业大学自动化专业，工程师，曾从事多年电气自动化设备维护管理工作。