萊鋼120噸轉(zhuǎn)爐循環(huán)水計算機控制系統(tǒng)
1 引言
轉(zhuǎn)爐煉鋼從小轉(zhuǎn)爐發(fā)展到100t以上轉(zhuǎn)爐，循環(huán)水的用量明顯增加，大容量轉(zhuǎn)爐采用了煉鋼新工藝、新技術，這些新技術需要高性能、高可靠性、體積小、價格低、具有強大的運算功能、易于實現(xiàn)復雜控制功能等優(yōu)點的計算機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，生產(chǎn)線采用計算機控制后可以大幅度提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，提高設備使用壽命，節(jié)約能源，降低工人勞動強度，改善操作環(huán)境。
2 系統(tǒng)組成
2． 1 轉(zhuǎn)爐循環(huán)水工藝概述
萊鋼1#120噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)線設計能力為120萬噸/年，其自動化控制水平的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐循環(huán)水智能自動控制，對降低能耗，有效節(jié)約水資源，減輕工人的勞動強度具有重要作用。
萊鋼大型H型鋼生產(chǎn)線轉(zhuǎn)爐公用水泵房系統(tǒng)主要包括2×100t轉(zhuǎn)爐循環(huán)冷卻供排水及處理設施、連鑄機間接冷卻供排水及處理設施（不包含連鑄濁環(huán)水及安全供水）、轉(zhuǎn)爐煙氣凈化除塵污水污泥處理設施，設計生產(chǎn)總用水量10987m3/h,其中轉(zhuǎn)爐凈環(huán)水量2042m3/h，濁環(huán)水量1406m3/h，連鑄軟環(huán)水量2970m3/h，凈環(huán)水量4250m3/h，各循環(huán)水系統(tǒng)生產(chǎn)新水補充量234 m3/h，軟水補充量85 m3/h。生活水量5 m3/h，生產(chǎn)排水量40 m3/h。生產(chǎn)水循環(huán)利用率97.63%。
每個水井設有3臺給水泵供水，兩用一備，正常兩臺給水泵供水運行，當水位降到低水位或運行水泵故障時，自動啟動一臺備用給水泵，當水位到達高水位時，停止備用水泵；單擊手動啟停給水泵時，通過畫面點擊啟泵、停泵按鈕或現(xiàn)場按啟泵、停泵按鈕，實現(xiàn)給水泵的啟動/停止控制。
2．2 系統(tǒng)組成：
系統(tǒng)硬件配置采用SIEMENS公司的WinCC/S7-400控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是建立在S7-400控制器、Pentium Ⅳ工控機平臺之上的開放式系統(tǒng)；S7-400是模塊化大型PLC系統(tǒng)，采用標準的以太網(wǎng)通訊，每個控制器可以控制64個回路，最大可處理131072個I/O點，其中模擬量I/O點數(shù)為8192個，邏輯掃描速率為1.25MB/s。DELL工控機采用主頻為2.5GHz的pentiumⅣCPU，512MB SDRAM 內(nèi)存，80GB UltraSCSI 接口硬盤。 S7-400控制器和DELL工控機采用以太環(huán)網(wǎng)，通訊速率為100Mbps，使用單模光纖連接。
轉(zhuǎn)爐循環(huán)水系統(tǒng)硬件配置如下：
3 主要控制功能
3．1吸水井邏輯控制
循環(huán)水控制9個吸水井、1個配水井、2個集水坑、1個軟水補水箱、1個軟水集水池等水容器的進、出水循環(huán)泵，每個吸水井有3個給水泵供水。另有4個循環(huán)泵為異型坯結(jié)晶器供水，3個循環(huán)泵為中板坯結(jié)晶器供水。實現(xiàn)整個轉(zhuǎn)爐區(qū)域、連鑄區(qū)域的循環(huán)水供應。循環(huán)水泵電機控制原理相同，僅以1#吸水井為例介紹。
1#吸水井有鑄機回水上水塔水泵電機4－1、鑄機回水上水塔水泵電機4－2、鑄機回水上水塔水泵電機4－3共有三臺水泵。
操作模式為機旁操作、集中操作。
機旁操作:操作員在現(xiàn)場操作箱上直接進行操作，通過啟動、停止按鈕實現(xiàn)單個電機的啟動運行、停止。
集中操作:通過上位機監(jiān)控畫面進行操作,又分為手動和自動兩種模式。
手動方式： 操作員通過監(jiān)控畫面操作相應水泵，當水泵投用時，操作員可在畫面上啟停該水泵。當水泵備用時，水泵不能通過畫面啟停。
自動方式： 兩臺工作泵4-1和4-2同時運行,當工作泵發(fā)生故障時,備用泵4-3自動投入運行,同時將故障信號送入操作室。吸水井達到最低水位時(-3.8m)水泵自動停泵,并發(fā)出報警信號。
#1吸水井實現(xiàn)液位LT101高、低液位報警，鑄機設備冷卻回水上塔溫度TE101、鑄機設備冷卻回水上塔流量FT101顯示。
3．2過程控制和監(jiān)控
實現(xiàn)了重要水流量、液位、溫度的過程單回路控制，使控制參數(shù)穩(wěn)定在生產(chǎn)要求的控制范圍內(nèi)。
PID控制示意圖
使用監(jiān)控畫面實現(xiàn)對循環(huán)水系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)視，強制動作，及動態(tài)畫面顯示，趨勢畫面顯示，報警/歷史記錄等功能。
4 結(jié)語
系統(tǒng)自2004年6月投入在線運行以來，取得良好的控制效果：參數(shù)控制精度在99%以上，全自動運行率在95%以上，有效的節(jié)約了電能和水資源，減少了環(huán)境污染，保護了環(huán)境。具有較好的經(jīng)濟效益和推廣價值。
轉(zhuǎn)爐煉鋼從小轉(zhuǎn)爐發(fā)展到100t以上轉(zhuǎn)爐，循環(huán)水的用量明顯增加，大容量轉(zhuǎn)爐采用了煉鋼新工藝、新技術，這些新技術需要高性能、高可靠性、體積小、價格低、具有強大的運算功能、易于實現(xiàn)復雜控制功能等優(yōu)點的計算機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，生產(chǎn)線采用計算機控制后可以大幅度提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，提高設備使用壽命，節(jié)約能源，降低工人勞動強度，改善操作環(huán)境。
2 系統(tǒng)組成
2． 1 轉(zhuǎn)爐循環(huán)水工藝概述
萊鋼1#120噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)線設計能力為120萬噸/年，其自動化控制水平的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐循環(huán)水智能自動控制，對降低能耗，有效節(jié)約水資源，減輕工人的勞動強度具有重要作用。
萊鋼大型H型鋼生產(chǎn)線轉(zhuǎn)爐公用水泵房系統(tǒng)主要包括2×100t轉(zhuǎn)爐循環(huán)冷卻供排水及處理設施、連鑄機間接冷卻供排水及處理設施（不包含連鑄濁環(huán)水及安全供水）、轉(zhuǎn)爐煙氣凈化除塵污水污泥處理設施，設計生產(chǎn)總用水量10987m3/h,其中轉(zhuǎn)爐凈環(huán)水量2042m3/h，濁環(huán)水量1406m3/h，連鑄軟環(huán)水量2970m3/h，凈環(huán)水量4250m3/h，各循環(huán)水系統(tǒng)生產(chǎn)新水補充量234 m3/h，軟水補充量85 m3/h。生活水量5 m3/h，生產(chǎn)排水量40 m3/h。生產(chǎn)水循環(huán)利用率97.63%。
每個水井設有3臺給水泵供水，兩用一備，正常兩臺給水泵供水運行，當水位降到低水位或運行水泵故障時，自動啟動一臺備用給水泵，當水位到達高水位時，停止備用水泵；單擊手動啟停給水泵時，通過畫面點擊啟泵、停泵按鈕或現(xiàn)場按啟泵、停泵按鈕，實現(xiàn)給水泵的啟動/停止控制。
2．2 系統(tǒng)組成：
系統(tǒng)硬件配置采用SIEMENS公司的WinCC/S7-400控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是建立在S7-400控制器、Pentium Ⅳ工控機平臺之上的開放式系統(tǒng)；S7-400是模塊化大型PLC系統(tǒng)，采用標準的以太網(wǎng)通訊，每個控制器可以控制64個回路，最大可處理131072個I/O點，其中模擬量I/O點數(shù)為8192個，邏輯掃描速率為1.25MB/s。DELL工控機采用主頻為2.5GHz的pentiumⅣCPU，512MB SDRAM 內(nèi)存，80GB UltraSCSI 接口硬盤。 S7-400控制器和DELL工控機采用以太環(huán)網(wǎng)，通訊速率為100Mbps，使用單模光纖連接。
轉(zhuǎn)爐循環(huán)水系統(tǒng)硬件配置如下：
3 主要控制功能
3．1吸水井邏輯控制
循環(huán)水控制9個吸水井、1個配水井、2個集水坑、1個軟水補水箱、1個軟水集水池等水容器的進、出水循環(huán)泵，每個吸水井有3個給水泵供水。另有4個循環(huán)泵為異型坯結(jié)晶器供水，3個循環(huán)泵為中板坯結(jié)晶器供水。實現(xiàn)整個轉(zhuǎn)爐區(qū)域、連鑄區(qū)域的循環(huán)水供應。循環(huán)水泵電機控制原理相同，僅以1#吸水井為例介紹。
1#吸水井有鑄機回水上水塔水泵電機4－1、鑄機回水上水塔水泵電機4－2、鑄機回水上水塔水泵電機4－3共有三臺水泵。
操作模式為機旁操作、集中操作。
機旁操作:操作員在現(xiàn)場操作箱上直接進行操作，通過啟動、停止按鈕實現(xiàn)單個電機的啟動運行、停止。
集中操作:通過上位機監(jiān)控畫面進行操作,又分為手動和自動兩種模式。
手動方式： 操作員通過監(jiān)控畫面操作相應水泵，當水泵投用時，操作員可在畫面上啟停該水泵。當水泵備用時，水泵不能通過畫面啟停。
自動方式： 兩臺工作泵4-1和4-2同時運行,當工作泵發(fā)生故障時,備用泵4-3自動投入運行,同時將故障信號送入操作室。吸水井達到最低水位時(-3.8m)水泵自動停泵,并發(fā)出報警信號。
#1吸水井實現(xiàn)液位LT101高、低液位報警，鑄機設備冷卻回水上塔溫度TE101、鑄機設備冷卻回水上塔流量FT101顯示。
3．2過程控制和監(jiān)控
實現(xiàn)了重要水流量、液位、溫度的過程單回路控制，使控制參數(shù)穩(wěn)定在生產(chǎn)要求的控制范圍內(nèi)。
PID控制示意圖
使用監(jiān)控畫面實現(xiàn)對循環(huán)水系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)視，強制動作，及動態(tài)畫面顯示，趨勢畫面顯示，報警/歷史記錄等功能。
4 結(jié)語
系統(tǒng)自2004年6月投入在線運行以來，取得良好的控制效果：參數(shù)控制精度在99%以上，全自動運行率在95%以上，有效的節(jié)約了電能和水資源，減少了環(huán)境污染，保護了環(huán)境。具有較好的經(jīng)濟效益和推廣價值。
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