精煉RH自動化控制系統設計

1 引言
精煉RH是現在碳鋼生產中一個非常重要的處理手段，通過RH的處理，可以很好的控制鋼水的成分、溫度等，提高鋼水的質量。RH的主要功能是通過在真空狀態下向鋼水中吹入氮氣或者氬氣，引起鋼水的循環，使得鋼水中的一些碳、氮等雜質通過廢氣排出，同時在某個階段通過頂槍吹氧，使得鋼水中的碳和氧發生反應，從而把鋼水中的碳的濃度再度降低，提高純凈度。
目前國內典型的RH的一個流程:首先將真空槽移動到處理位置，鋼包到達RH處理位置以后通過液壓裝置將鋼包頂升直到真空槽下部的浸漬管插入鋼水，啟動真空裝置進行抽真空，添加合金，處理一段時間以后用頂槍吹氧，中間過程隨時可以進行測溫取樣，當樣本符合要求以后達到要求以后停止真空操作，待真空系統復壓以后降下鋼包，送到連鑄進行下一個流程作業。

2 RH自動化系統配置及其特點
該自動化控制系統采用開放式系統結構，整個系統分為兩級:基礎自動化級(L1)和過程計算機級(L2)。參見圖1。

圖1 系統配置圖
基礎自動化采用ROCKWELL的ControlLogix 1756-L55作為處理器，采用現場總線DeviceNet方式與現場操作箱連接，并采用智能馬達控制中心IntelliCenteTM。各個控制器以及監控站之間采用冗余的ControlNet連接，監控站采用通用的工業PC機，實現數據采集、設備監控、生產管理;設置專用的Ethernet網供監控系統實現Client/Server結構。
該系統主要的控制功能包括:鋼包走行、鋼包升降、槽臺車走行、真空系統、合金稱量、合金上料、合金投入、環流系統、頂槍系統、預熱槍系統、廢氣系統、水處理系統、冷卻系統等。
2.1 系統主要特點
(1) 系統采用網絡化設計，提高了系統響應速度，控制精度，減少故障率。
(2) 程序設計采用模塊結構，調試簡單、方便。
(3) 畫面操作方便、靈活。Ｌ1畫面有監控畫面、儀表回路畫面、聯鎖關系畫面、網絡狀態畫面、報警畫面、趨勢畫面等;Ｌ２畫面有報表畫面、分析畫面、模型畫面等。
(4) 電器、儀表、計算機三合一，符合當今發展潮流。
(5) 在L2系統中采用了數學模型，并且把輸出結果嵌入L2系統，在計算機模式下直接作為一些設定參數。

2.2 應用軟件設計
應用軟件的設計開發采用模塊化設計，程序以設備為單位進行程序的開發，通過一定的連鎖將所有的設備串接起來，確保程序的通用性、易讀性以及增加調試方便。下面以真空主閥和環流PID調節為例說明。
主真空閥控制方式分自動方式和手動方式。自動方式和手動方式由操作人員在CRT上選擇，控制邏輯參見圖2圖3。在排氣系統自動方式時，自動方式和手動方式的設置有效。如果排氣系統為手動方式，主真空閥控制方式只能是手動方式。
環流氣體是在真空處理過程中，從浸漬管吹入氮氣或氬氣，以驅動鋼水的環流。在不處理的時候，氮氣或氬氣作為保護氣體用。在處理時，根據作業標準和工藝標準，環流氣體的流量控制可以根據鋼種的不同，在不同的處理階段采用不同的流量設定，或者是定值控制。在不處理處理時則通常采用操作人員設定的定值控制。
對于環流氣體流量控制也有計算機、自動、手動三種方式。計算機控制方式下，對于處理的鋼種，可以根據工藝標準和作業標準，由L2給出設定值。通常情況下，L2給出的設定值有兩種方式，一種是定值設定，一種是按圖2給出的曲線設定，這和采用的作業標準和工藝標準有關。自動方式下，環流氣體流量的控制由操作人員手動進行設定，實現定值控制。手動方式下，操作人員手動給出閥門開度，進行流量控制。

圖2 環流氣體流量設定曲線
圖3就是計算機模式或者自動模式下流量的設定曲線和對應的PID控制回路示意圖。

圖3 流量的設定曲線和對應的PID控制回路示意圖
環流氣體的流量在設定以后要保證穩定，各個支管在沒有堵塞的情況下需要流量相等，如果其中一路發生堵塞，其他幾路就要相應的改變設定值以保證總的流量符合工藝的要求。從前的做法是不停的計算每個支管的流量偏差，然后重新給定每路支管的設定數據，這樣做很難保證流量的穩定性，控制精度也很差。為解決該問題，在該項目中我們采用一個虛擬的PID來調節總管流量，在PID回路圖中四個支管的PID回路上方設置一個模擬PID(主控制器)并且和支管PID構成串級控制回路來實現該功能。主控制器的設定值就是操作員輸入的值(自動模式)或者接受L2送過來的模型計算數據(計算機模式)，實際流量就是支管流量和，經過主控制器PID計算以后的輸出值經過轉換和計算然后成為串級PID(支管PID)的設定值。實踐下來，該方法很好的解決了總管流量的波動問題，反應及時，完全滿足工藝的要求。
3 結束語
該系統從投產以后，運行穩定，維護方便完全符合當初的設計思想，而且滿足生產要求。