基于DCS的炉体倾动及氧枪位置控制系统设计

马莹莹

（吉林电子信息职业技术学院，吉林吉林132021）

基于DCS的炉体倾动及氧枪位置控制系统设计

马莹莹

（吉林电子信息职业技术学院，吉林吉林132021）

首先介绍了系统的集中控制监控级和分散过程控制系统的组成，分为5个控制子系统，之后，针对炉体倾动及氧枪位置控制系统软硬件实现方法进行了研究。

DCS控制系统；炉体倾动；氧枪位置

1 集中控制监控级

上层集中操作监控级是面向现场操作人员的。这一级配备有技术手段先进、功能强大的计算机系统及各类外部设备，通常采用了西门子MP377-15触摸屏作为监控制界面，对AOD炉设备进行实时监控，通过PROFIBUS-DP与MPI总线组成的实时通讯网络与下层基于PLC的各子系统进行信息交换。

集中操作监控级的主要功能是：①关于运行状态、产量以及工艺的一些数据可以随时获得；②把采集来的数据按照企业中生产管理的需求来分析处理，把这份关于生产管理的统计分析图提交给管理者；③一些工业参数也是由监控系统传送给设备的，使AOD炉能够按设定的要求运行；④进行组态、监视和操作，对生产过程实行高级控制策略、故障诊断、质量评估等。

2 分散过程控制级

下层分散过程控制级采用西门子S7-300系列PLC完成各子系统的控制功能直接与生产过程现场的传感器、执行器相连，完成生产过程的数据采集、闭环控制、顺序控制等功能。构成这一级的主要装置有可编程控制器、氧/氩气流量传感器、温度传感器、压力传感器、称重传感器等二次仪表以及氧枪升降控制器、阀门控制器、振动给料控制器、万能转换开关等执行器。

整个过程控制系统分为5个控制子系统，分别为底枪控气系统、顶枪控气系统、炉体倾动及氧枪位置控制系统、加料控制系统、除尘监测系统。3套西门子设备S7-300供中央控制器使用。控制系统采用西门子S7-300系列PLC，对生产线上各台设备进行自动控制。SIMATIC S7-300系列是西门子公司生产的可编程序控制器中中小型的，中等性能的要求都可以满足并得到应用。S7-300属于模块化PLC，各种模块之间既是相互独立的，也可以用于扩展任意组合。它主要由机架、CPU模块、SM模块、FM模块、接口模块、通信模块组成，各种模块通过总线连接器安装在机架上。其中每一个CPU上都可以使用一个MPI（多点接口）通信协议的RS-485接口进行编程或与上位计算机进行通讯。一台西门子S7-300可编程逻辑控制器可由中央控制器与底枪供气流量控制系统共同使用，一台西门子S7-300PLC可供炉体倾动控制系统与顶枪升降控制系统、顶枪供气流量控制系统共同使用，加料控制系统单独使用1台S7-300PLC。中央控制器和操作台以Profinet总线与5个子系统数据连接，5个子系统以Profibus现场总线与倾动变频器、升降变频器、拉绳传感器、光电编码器、氧气阀体控制仪表、氩气阀体控制仪表、八路闪光报警器、炉渣分析仪和气体积算仪数据连接，拉绳传感器的型号为HPS-M1-30-420，光电编码器的型号为GAS60 R13E10 SGB，升降变频器为西门子MM440变频器，操作台上采用智能二次仪表用于显示和控制。

3 炉体倾动及氧枪位置控制系统设计

炉体倾动控制系统的主要功能是实现生产过程中炉体与氧枪相应的机械动作，包括炉体前倾与后倾、氧枪上升与下降、氧枪左旋与右旋等。其中AOD炉倾动装置是AOD炉炼冶铁合金中的主要机械设备，所带负荷的工作特点为：正反转、低速、重载、频繁启制动、强烈冲击。倾动及相关控制系统需要控制的三个主要参数是位置、速度及扭转力矩。针对控制要求本系统建立了位置环、速度环、电流环三闭环的控制系统，即最外环是位置环，最内环是电流环。

具体实现方案通过S7-300PLC外加西门子MICROMASTER 440变频器组成串级控制器来实现。西门子S7-300PLC是西门子公司的中端产品，其运算能力以及安全稳定性在市场上久经考验；交流电机变频调速技术已成为当前调速与节能的主流产品。二者的有机结合，可以较好地实现AOD炉各种动作的控制要求。

倾动及相关控制系统的手动方式运行包括以下方面：氧枪升降，在顶枪控制操作台上，氧枪升降受一个万能转换开关控制，当旋转到左侧表示氧枪下降（下降频率为25Hz），中间表示氧枪停止，右侧表示氧枪上升（上升频率为40Hz）；转炉倾动，在顶枪控制操作台上，转炉倾动受一个万能转换开关控制，当旋转到左侧表示转炉前倾（前倾频率为50Hz），中间表示转炉停止，右侧表示转炉后倾（后倾频率为50Hz）；烟罩旋转，在顶枪控制操作台上，烟罩旋转受一个万能转换开关控制，当旋转到左侧表示烟罩左旋（左旋频率为50Hz），中间表示烟罩停止，右侧表示烟罩右旋（右旋频率为50Hz）。

倾动及相关控制系统的手动方式运行包括：倾动控制系统。在顶枪画面中输入转炉倾动角度并按下【启动】按钮，此时系统出现【确定】、【退出】对话框，按下【确定】按钮系统根据设定角度自动控制转炉倾动。该系统设定范围（-180°， +180°），前倾为正，后倾为负，同手动运行方式，该系统可根据运行角度自动判断前后倾动并在到达设定位置后自动停止；升降控制系统。在顶枪画面中输入氧枪升降高度并按下【启动】按钮，此时系统出现【确定】、【退出】对话框，按下【确定】按钮系统根据设定高度自动控制氧枪升降高度。高度设定范围［0，3.0］m，【顶枪上限位】指示灯亮为0m，系统同手动运行方式。

4 结语

氩氧精炼铁合金氧枪控制系统采用集散控制技术，分别介绍了集中控制级和分散控制级控制功能，构建了氩氧精炼铁合金生产过程DCS节能控制系统，研制了炉体倾动及氧枪位置控制系统的软硬件实现方法。

［1］牛玉广，马骏驰，夏明，等.DCS基本控制单元可靠性建模与定量计算［J］.电子测量与仪器学报，2011，（6）.

［2］艾丽娇.氩氧精炼铁合金过程的DCS控制［A］.全国冶金自动化信息网2010年会论文集［C］，2010.

Design of Position Control System for Furnace
Tilt and Oxygen Lance Based on

MA Ying-ying
（Jilin Electronic Information Vocational and Technical College，Jilin，Jilin 132021，China）

The paper firstly introduces the composition of centralized control and decentralized process control system，which is divided into five control subsystems.Then，it studies the hardware and software realization method of the tilting and oxygen lance position control system.

DCS control system；furnace body tilting；oxygen gun position

TF748.2

A

2095-980X（2017）03-0078-02

2017-02-16

吉林电子信息职业技术学院院级项目。

马莹莹（1982-），女，硕士，主要研究方向：电气自动化。