王昊++吕罕轶

摘 要：概述了转炉炼钢的自动化控制系统及其具体应用，有效运用PLC技术实现了转炉炼钢自动化控制，降低了生产成本，减轻了操作者的工作强度，丰富了生产品种，提高了钢铁的产量和质量，有效应对了国内外钢铁形势的发展。

关键词：PLC技术；转炉炼钢工艺；自动化系统；铁水

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.068

PLC技术的有效运用改变了原有的控制系统只能收集开关量信号和单一设备本体的逻辑控制功能，大大提高了系统的运行速度和数据处理能力。转炉炼钢自动化系统通过采集工艺参数和系统运行参数，并经过PLC的计算和判断，可在系统异常的情况下发出报警信号，也可以实现控制决策的功能。此外，通过编程，结合开关量逻辑控制功能，可控制信息传动，经过完善和优化改造后，设备将具备过程控制和智能自动化控制功能。

1 转炉炼钢工艺概述

转炉炼钢的主要原料为铁水、废钢、铁合金，通过铁液的物理热和化学反应产生热量在转炉中完成炼钢，并将铁水和废钢冶炼成钢水。上述过程主要在转炉系统中完成，其中，会对炼钢产生的煤气和水蒸汽进行同收再利用。顶底复吹转炉是目前使用较为普遍的炼钢设备，具有生产速度快、单炉产量高、成本低的特点。转炉的主要工艺设备包括转炉本体、氧枪升降、汽化冷却、煤气同收系统等，辅助工艺设备包括钢包车、钢渣车、吹氧、氮封、气动系统、仪表系统等。

2 转炉炼钢自动化系统

转炉炼钢自动化控制系统需要完成对转炉本体、散装料、烟气净化和汽化冷却的控制。因此，采用了4台本体PLC主站工作，本体主站之间通过以太网进行数据通信。转炉本体PLC主站的配置设备包括主机架、CPU、通信模块、电源系统等。

2.1 转炉本体PLC主站

转炉本体PLC主站由人机界面进行全程生产监控，PLC与操作站之间的数据通过以太网实时传送。其主要任务是在炉前进行炉门动作，对炉体进行倾动操作，对炉后进行倾炉操作、对钢包车、出渣车、烟罩的升降、氧枪定位进行控制操作，对上料和进料进行实时数据采集，对突发情况发出报警信号。

2.2 主机架

主机架是PLC系统的核心组成部分，主要包括CPU、通讯模块等部分，具有数据处理和通讯等功能。在选定CPU的型号时，需要考虑转炉系统的PLC点数、CPU的运算速度、系统的实用性以及系统能否满足生产工艺和技术要求等。

2.3 电源系统

转炉炼钢自动化系统中的电源系统供电对象包括主机、输入和输出量模块、打印机等。不间断电源（UPS）具有安全、可靠的供电特性，电压波动范围为15%.不间断电源（UPS）可对各用电系统内部电池充电，从而保证各用电部门系统的正常运行。当出现断电情况时，为了确保存储于系统中的数据不丢失，UPS可在短时间内为计算机供电，从而保证存储系统每隔5 ms进行一次数据刷新。恢复送电后，系统直接进入正常运行状态，数据仍能保持断电前的设置。

3 PLC在转炉炼钢自动化系统中的应用

3.1 开关量的逻辑联锁控制功能

只有转台进入冶炼位置，且转炉炉口垂直向上时，才可对氧枪进行下降操作，才能保证氧枪、转炉、转台等设备的安全运行。为了方便检修和更换氧枪，需要为转炉零位、转台旋入增设专用的解锁开关。如果氧枪降得过低，则会碰伤炉体，所以，需要设置下限开关。氧枪的提升有正常冶炼操作的行程上限和超高限位限制。为了方便氧枪的检修操作，需要配置手动解锁开关。在正常冶炼的情况下，氧枪在升降的过程中，交流接触器转换动作会非常频繁。考虑到PLC与中间继电器、交流接触器等外部执行器件的动作延时，在PLC的运行程序中设置了氧枪的升降控制互锁。氧枪升降操作台的手动自动复位转换开关存在零位停顿不足的现象。为了避免因升降接触器同时吸合而造成的电气短路，对系统进行了2 s延时设置，接收到接触器之间的返回复位信号后，才会进行升降动作转换。此外，在两接触器之间还设置了一级电气互锁的机械互锁保护，有效地从机、电两方面确保了氧枪升降过程的安全。

3.2 转炉炼钢过程中的控制和生产管理

在转炉炼钢生产的过程中，称重传感器需要对石灰、合金、矿球等固体物料进行检测采集数据，将数据输入PLC模块，并通过CPU模块计算各类固体物料的加入量，从而进行综合性的生产管理。当转台旋入冶炼位，转炉进入零位状态，氧枪进入烟罩时，系统会发出信号，进行出钢操作复位。每炉的启动信号会按钢用料种类独自累计。在上位机组态软件中，可调取PLC在出钢时的相关存储数据，并赋予相应的名称，比如班炉长、合金工等工号。应用PLC技术可实现自动化数据库管理功能，整合相关工况参数，集合钢液产品的数据信息，自动生成产品编号和标注产品信息，还可实现转炉炼钢过程中的精准化生产和高效智能化管理。

4 结束语

转炉炼钢工艺复杂、检测参数偏多、设备操作频繁，而检测参数的准确性和自动化控制水平与钢铁产量是息息相关的。在当前的国际形势和钢材产业的背景下，自动化控制技术已经在钢材生产领域占有重要的位置。随着PLC技术的不断发展，PLC系统在我国工业企业领域的应用越来越广泛。本套转炉炼钢PLC自动化控制系统有较强的数据采集处理能力，检测系统安全、可靠，大大提高了生产效率，增加了钢铁产量，降低了工程投资成本，在企业的实际运用中满足了其生产需求，是一款性价比超高的转炉炼钢自动化控制系统。

参考文献

[1]王岚潇，李明，刘宇飞.PLC在转炉电气控制系统中的应用及改进[J].化工文摘，2011（03）.

[2]刘永跃.基于PLC控制技术的转炉炼钢[J].中国科技博览，2014（07）.

〔编辑：张思楠〕