转炉天车自动装铁功能开发与应用

2021-04-09唐山不锈钢有限责任公司设备科张士慧姚旭亮

电子世界 2021年4期

唐山不锈钢有限责任公司设备科张士慧姚旭亮

不锈钢公司自主研发和实现了加料240t天车给3号转炉自动装铁功能。通过对天车大车、主小车、副小车、主钩、副钩的定位及天车重量、转炉倾角数据采集，实现大车定位、副钩挂钩、联动装铁、副钩摘钩、大车离开、转炉倾动回零位自动装铁全过程。转炉天车自动装铁标志着转炉自动化水平的提升，降低工人劳动强度和设备维护成本，增加操作安全性能，天车动作固化减少了装铁时间。

目前不锈钢转炉装铁是三处人工联系配合实现的，装铁工在炉前指挥，转炉摇炉工在主控室接受装铁工对讲机指令手动操作转炉，天车工在天车司机室接收摇炉工手势信息操作铁包位置和倾翻角度，统一指挥下，实现转炉角度与天车铁水包位置配合，完成人工装铁作业。随着不锈钢公司三号转炉自动冶炼、自动出钢、自动倒渣功能的实现，为了进一步提高自动化水平，决定自主研发加料240t天车自动装铁系统。

1 生产及设备现状

1.1 生产现状

不锈钢公司具有3座100t转炉，加料跨共天车6部，其中加料240t天车对3号转炉装铁。目前转炉装铁为手动状态，转炉装铁流程为大车从等待位进入装铁位、主钩进入装铁位，副钩挂钩、主副小车北行到达装铁位、提副钩同时摇炉配合完成装铁、摘副钩、天车离开倾角回零位。装铁时装铁工与主控室对讲机联系，装铁工与天车司机手势联系，人工观察天车称量来判断装入量，装铁速度不固定，容易出现过大冒烟现象，如果装铁过程中出现炉坑撒铁异常，需要指挥天车司机或转炉才能完成，反应速度慢。

1.2 设备配置现状

（1）240t天车配置：没有配置PLC控制功能，目前配置了天车定位系统，使用的是西门子SMART型PLC，具有编码电缆大车、小车测量功能，精确度为10mm，数据通过无线网络方式传输到了地面网络系统。（2）3号转炉：配置了西门子S7-400系统PLC，目前已经具有倾动主控制手动主令控制功能。（3）通信网络：转炉PLC与天车定位系统通过3号转炉PLC室的通信PLC双网卡已联通。

2 技术研发目标和难点分析

转炉自动装铁是否稳定、可靠运行涉及人身设备安全。加料240t天车在原有大车定位、主小车定位、天车重量采集的基础上增加主起、副起升、副小车定位功能。实现无人干预情况下，炼钢加料跨240t天车吊铁水包将铁水按照设定重量装入到3号转炉中。

炼钢加料跨240t天车吊铁水包到达3号转炉区域，3号转炉装完废钢后等待装铁，此时天车及转炉在自动装铁控制模式下，天车司机按下装铁指令，转炉倾动自动旋转到装铁角度，天车控制大车、小车、副起升机构给铁包挂小勾，天车继续控制铁包角度与转炉角度配合进行装铁作业，当铁水装入量达到设定或铁包到达一定角度后，转炉装铁完成，天车自动铁包回位，倾动回零位等待吹炼，装铁自动控制流程完毕。

经过安全、质量及设备辨识，自动装铁改造有以下4个难点：

（1）安全措施设计及实施。（2）倾动及天车装铁过程中的位置控制模型建立。（3）天车大车、主小车、副小车、主钩、付钩位置测量及控制精度。（4）PLC控制及通信程序的编制。

3 控制技术方案及实施思路

3.1 自动装铁控制技术方案

（1）天车自动控制：增加PLC控制功能，与天车定位系统通信，实现天车大车位置X、主小车位置YZ、副小车位置YF、主小车起升位置ZZ、副小车起升位置ZF五个动作的位置控制，并具有PLC档位调整运行速度的功能。（2）转炉倾动自动控制：增加转炉装铁摇炉的自动控制功能。（3）天车转炉PLC通信：通过通信PLC双网卡，实现转炉PLC和天车控制PLC的通信功能。（4）装铁模型控制：计算、摸索装铁模型，设计出天车铁包位置对应的XYZYFZF位置与转炉倾动对应角度，实现天车、倾动联动位置控制。（5）自动条件判断：天车自动条件包括设备正常状态、自动投入状态、进入转炉区域等条件，转炉自动条件包括设备正常状态、装铁状态、自动投入条件等。（6）保护连锁控制：天车和转炉出现本体设备故障、位置或角度测量故障、装铁模型控制位置超差故障、天车和倾动动作超时故障等，实现倾动及天车自动停止功能。（7）撒铁监测：采用炉前摄像头进行装铁撒铁检测，实现保护连锁。

3.2 自动装铁控制实施思路

（1）自主研发：在转炉自动出钢、自动倒渣、第二出坯跨自动吊运板坯控制自主研发成功实施的技术积累基础上，采用自主研发方式实施自动装铁技术攻关。（2）多重保护连锁：涉及到的天车控制、定位检测、倾动控制、PLC通信、天车工急停干预、转炉主控急停干预、装铁工装铁启动、停止、急停操作、撒铁图像检测等多重安全连锁保护。（3）控制模式独立：现有手动控制模式不变，增加自动装铁控制模式，并方便切换。（4）投入最少：所增加的电气控制元件最大限度的利旧的方式实施，减少投入。（5）安全审核：对实施方案、控制方案、连锁关系、现场连锁试验、冷试车、热式车等各个环节进行多次安全审核。

4 自动装铁流程

（1）天车准备：天车吊运铁包到达三炉炉口20m范围内，确认设备无故障，故障指示灯熄灭。（2）天车投入自动：天车停止动作情况下，自动转换开关打到自动状态，如自动条件满足，则自动指示灯闪烁，天车工按下自动按钮，自动指示灯常亮，说明天车进入自动状态。（3）转炉准备：转炉在装完废钢后，转炉进入装铁状态，确认设备无故障。（4）转炉投入自动：倾动在零位情况下，画面选择自动装铁状态，如自动条件满足，则自动指示灯常亮，说明转炉进入自动状态。（5）自动装铁启动：在第2和第4步完成后，装铁工现场自动装铁指示灯闪烁，按下自动装铁按钮，自动指示灯常亮，说明进入自动装铁状态。（6）自动装铁过程：天车启动到挂副勾位置；挂副勾；倾动到初始位置；天车到达初始位置；联动装铁；装铁完成；天车离开；倾动摇炉到零位；天车运行到转炉东侧20m处；自动装铁完毕。

5 安全措施

（1）系统故障：以下故障时，将触发系统故障，天车PLC、转炉倾动PLC自动控制到手动状态，天车及倾动停止动作，天车驾驶室故障指示灯、装铁工现场故障指示灯、转炉画面故障报警。

●天车故障：设备故障、位置测量故障、动作超时故障、重量故障。

●转炉故障：设备故障、倾动角度测量故障、动作超时故障。

●通信故障：四套PLC通信故障。

（2）人工干预操作：天车自动/手动开关及急停按钮、转炉画面停止按及倾动主令、装铁工停止按钮及急停按钮，以上三处都可以操作，停止装铁自动控制，天车及转炉停止动作。

6 具体的实施方案

（1）天车完善监测功能：增加主起升、副起升欧姆龙绝对值编码器安装到卷筒起升限位输出轴上，增加副小车4-20MA激光定位检测。（2）天车自动控制：天车增加S7-400PLC模板，设计天车自动控制图纸，配盘安装，操作按钮及指示灯，现场铺设线路调试，实现天车自动调试控制功能。（3）天车控制PLC与定位PLC通信：编制程序，使用单边通信技术，实现天车控制PLC与定位PLC通信，并具有通信故障检测报警功能，从定位系统得到天车XYZ位置及W重量。（4）装铁工操作按钮：在转炉炉前操作室西侧安装启动、停止、急停按钮及状态指示灯，实现装铁的启动、停止、急停功能。（5）转炉倾动自动控制：编制程序及画面，增加转炉装铁摇炉的自动控制功能。（6）天车转炉PLC通信：通过通信PLC双网卡，实现转炉PLC和天车控制PLC的通信功能，编制通讯块，包括通讯故障诊断。（7）装铁模型设计：设计出装铁过程中，天车铁包位置对应的大车、主小车、副小车、主钩、付钩位置与转炉倾动对应角度关系。（8）自动条件设计：设计自动投入条件，天车设备正常状态、投入状态、进入转炉区域，转炉设备正常状态、装铁状态、自动投入条件。（9）保护连锁设计：天车和转炉出现本体设备故障、位置或角度测量故障、装铁模型控制位置超差故障、天车和倾动动作超时故障等，故障后应急操作功能。（10）撒铁监测功能：采用炉前摄像头进行装铁撒铁检测，编制控制程序。（11）天车自动装铁SOP：编制天车自动装铁SOP及应急操作。（12）转炉自动装铁SOP：编制转炉自动装铁SOP及应急操作。（13）程序编制及单体调试：涉及到天车定位PLC、天车控制PLC、通信PLC、转炉PLC的控制程序及显示画面编制，进行单体调试。（14）联动冷试车：按照设计的天车及转炉自动装铁规程，使用空铁包进行冷试车，经过连锁急停试验及三次联动试车正常，方可进行热式车。（15）安全评审：对实施方案及实验情况进行评审。（16）热式车：按照规程，在实施小组成员到位情况下，在8点班进行铁水装入热式车，试车完毕后总结经验，完善规程。