120吨转炉倾动与氧枪控制系统

2015-11-12王玉昌

科技传播 2015年18期

关键词：氧枪编码器端子

王明，王玉昌

内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头 014010

120吨转炉倾动与氧枪控制系统

王明，王玉昌

内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头 014010

本文针对包钢120吨转炉倾动与氧枪控制系统进行设计，转炉倾动控制系统采用西门子6RA70全数字直流调速装置，并对开关抱闸进行分析。氧枪控制系统构成位置闭环控制系统，位置反馈采用公式法实现雷格码转换，介绍了事故抬枪的方法；控制系统采用PLC S7-400系列与wincc7.0组态软件相结合，实现了对现场整体设备的自动监控。

倾动；氧枪；传动

倾动与氧枪系统在转炉系统中起着重要的作用，氧枪的定位精度直接影响到转炉吹炼的工作效率和吹炼时间。同时，转炉倾动系统，在自由360o旋转时，要求电机运行电流平衡，保证倾动系统的稳定性、安全性。

1 转炉倾动与氧枪系统工艺介绍

120吨转炉倾动采用全悬挂式传动系统。工作原理为四台电机同时驱动，拖动一级减速机和二级减速机，二级减速机与转炉驱动端耳轴连接，将转炉炉体进行360o旋转，完成出钢、倒渣、兑铁、测温、取样等工艺流程。

氧枪通过升降装置将氧枪停在转炉熔池上方，将高速动能的氧气吹入转炉熔池，主要完成转炉顶吹氧气及氮气，从而完成钢的冶炼和溅渣护炉的任务。

2 倾动控制系统

转炉倾动控制系统由四台西门子6RA70系列数控器组成，四台数控器采用一主三从的工作模式，一台数控器被设为主传动工作模式，其他三台数控器工作在从传动模式。主传动数控器以速度/力矩工作模式工作，主传动数控器通过选择开关对两台数控器进行选择作为主控制器，并将数控器内数据组分为两组，主从数据组自动切换。转炉上位机PLC系统通过数控器端口对主数控器进行给定速度，主数控器发送消息通过光纤环网至数控器其他三台从机，内容包括主机运行转速、力矩及运行指令等，从机利用Simolink光纤环网与主传动数控器连接，从而实现与主传动的速度和力矩分配的任务［1］。主数控器通过编码器反馈形成速度环，数控器设置参数形成电流环，构成双闭环控制系统。

转炉倾动通过控制字的方式对数据给定，数据组1为通过PROFIBUS通讯对CB板进行控制，数据组2为主数控器利用SIMOLINK光纤通讯对其它三台数控器进行交换数据信息。6RA70数控器数字量输出端子46、47与端子48、54可输出24V电压，两对端子外接两个继电器，为低速检测继电器K16和力矩检测继电器K17。如图1，P373.001=20低速检查信号，P374.001=1低速检查的滞环，输出状态字1第十位，P771=0120连接状态位，驱动内部放大器，端子46输出24V电压。倾动速度下降至20％额定转速时，K16继电器通电闭合，制动器进入制动状态，倾动电机提前进入制动状态，避免转炉炉体停止不稳定。如图2，P590=117修改为电枢电流设定，P591=0实际电枢电流为零，差值结果经绝对值运算，P388=20，P389=2差值结果大于20并时滞2秒后延时发送到状态字1的第八位，P772=0116连接状态位，驱动内部放大器，端子48输出24V电压。数字量输出端子48、54外接力矩检测继电器K17，电枢电流达到20％额定电枢电流时，抱闸进入打开状态，力矩检测的作用是直流电机建立一定的力矩时，抱闸才能打开，否则转炉炉体会下滑，系统不稳定，容易发生人身伤害事故。

3 氧枪控制系统

氧枪的高度检测采用与电机减速机相连的绝对值编码器进行位置检测，将氧枪的高度值传送给S7-400 PLC控制装置，并与氧枪的实际要求的位移设定值进行比较，之后向数控器输出控制给定转速值，数控器内部进行速度环、电流环调节后作用于电机，氧枪提升或下降，绝对值编码器采集的位置信号反馈至PLC给定位移值，实现位置随动系统。氧枪位置随动控制系统，数值精确高、性能稳定，定位精度小于2cm，满足氧枪升降装置的工作要求。

绝对值编码器检测的格雷码，相邻两个码值只有一位不同，具有数据唯一性，计数准确，安全可靠，不容易发生错误。在PLC控制的氧枪定位系统中，必须将编码器检测出来的格雷码转换为二进制的BCD码［2］。转换方法有两种：一种是查表法，根据一个格雷码对应唯一的BCD码，进行查表；第二种方法是公式法，根据卡诺图公式对格雷码进行二进制转换。本设计主要从卡诺图公式法对格雷码转换。

BCD码：Bn-1、Bn-2、Bn-3、Bn-4……B2、B1、B0

格雷码：Gn-1、Gn-2、Gn-3、Gn-4……G2、G1、G0

Bn-1= Gn-1

Bn-2= Gn-2⊕Bn-1

Bn-3= Gn-3⊕Bn-2

B1= G1⊕B2

B0= G0⊕B1

PLC通过公式法，将格雷码转换为二进制BCD码，运算方便、效率高，解决了西门子PLC数值转换的问题。

4 氧枪事故抬枪

当氧枪供电系统异常掉电时，氧枪可能正在吹炼，氧枪在冷却水供应不足的条件下，容易发生烧损氧枪的故障，急需氧枪上升。氧枪系统增加另一路变压器供电系统电源，当氧枪供电系统掉电，可通过操作刀闸开关，切换到另一路变压器供电电源，电源直接供给氧枪系统，经过事故操作开关，氧枪上升到上位，体现了氧枪控制系统的安全性。

5 上位机控制系统

转炉倾动与氧枪控制系统通过编程软件STEP7 V5.5软件和组态软件WINCC 7.0来实现的，通过下位机组态软件STEP7 V5.5编写控制程序，将控制程序下载到PLC控制器中，PLC根据检测到的设备输入状态，通过控制程序执行具体操作。在主控室可以操作现场设备，重要过程值的归档、趋势显示、报警以及查询都是通过上位机来实现的。