彭志聪，童 悦

（1.江西瑞林电气自动化有限公司，江西 南昌 330038；2.中色大冶有色金属公司冶炼厂转炉车间，湖北 黄石 435005）

1 概述

随着大冶有色公司的不断发展壮大，原有的大冶1#、4#转炉已完全不能满足日益增长的产能需求，且原有控制系统比较老，技术支持力度及备品备件的采购也存一定的问题。在环保意识已经深入人心和大力倡导节能降耗的社会浪潮下，大冶有色公司主动承担社会责任，响应国家清洁生产的号召，对1#、4#转炉及其控制系统进行了升级改造。

转炉是对硫化铜精矿造锍熔炼产出的冰铜进行吹炼操作的冶金设备。转炉的吹炼过程就是通过送风系统向炉内鼓入的空气,熔剂加料系统向炉内加入的石英石熔剂和冰铜发生剧烈的氧化还原反应，将冰铜中的硫、铁和其他杂质氧化除去,得到粗铜。铜锍吹炼通常分为造渣期和造铜期两个阶段，造渣期是通过熔剂加料系统加入的熔剂与冰铜反应，生成主要含Cu2S 的白锍并去除铜锍中的铁和其它杂质。在造渣末期，进行筛炉，即所谓净渣操作，转炉吹炼产生的转炉渣全部返回沉降电炉，回收有价金属；造铜期是通过继续吹炼除去锍中的硫，生成含铜98%以上的粗铜并使贵金属元素富集。为了使吹炼温度控制在1150℃～1250℃，通常会通过渣包往炉内添加一些冷料。

2 系统简介

转炉生产工艺复杂，被控对象多，各种电气、仪表参数关联密切,联锁复杂，对其控制系统的快速性、安全性、可靠性提出了非常高的要求。为此，大冶1#、4#转炉的自动控制系统我们选用了美国Rockwell公司的ControlLogix控制系统，该系统将参数检测回路控制与逻辑控制、顺序控制的功能有机地结合在一起，提供逻辑控制、顺序控制、过程控制、传动及运动控制的统一控制平台，是面向工厂自动化的新一代开放式控制系统。

系统的硬件选用了以1756-L61为控制器的ControlLogix硬件系统，软件采用了FactoryTalk View监控平台以及RSLogix5000编程软件等。增强型冗余系统的网络拓扑图如图1所示。

图1 4#转炉控制系统配置图

3 系统控制功能的实现

3.1 增强型冗余控制系统的配置

搭建一套冗余系统在硬件和软件配置方面有很高的要求。在硬件配置方面，主从冗余机架在硬件上必须完全一致。例如：主机架是7槽，则从机架也必须是7槽，机架上插入的模块型号必须相同且所插的槽位也必须一致。但是主从机架上不能有I/O模块。

在软件方面来讲，主从机架上所插入的模块固件版本号必须一致，而且机架上各模块之间的版本号也必须相互匹配（可通过ControlFlash更改模块的固件版本）。主从机架上的1756-CN2R模块的物理节点号要设成网络中的最高节点号，且两个机架上的节点号必须一致（即两个模块的拨码开关必须一致），而且主从机架上的1756-EN2T模块的IP地址必须一致。

主从机架上的1756-RM冗余模块通过冗余光纤进行连接，搭建好冗余系统后，先上电源的冗余机架为主机架，待主机架启动完成后再上电源的机架为从机架，等到系统正常工作后，主从控制器通过冗余模块进行运行程序和数据的同步。同时从站的IP地址以及ControlNet网络节点号会在主站对应地址的基础上自动加一。

一旦主机架上的控制器模块、1756-CN2R模块、1756-EN2T模块或机架供电出现异常情况，系统将无扰切换到从机架，从站的IP地址以及ControlNet网络节点号与主站进行交换。保证了系统的安全稳定运行，同时在监控界面上作出相应的故障指示，提醒维护人员及时进行相应的处理。

3.2 主要控制功能

在实际生产中，1#、4#转炉分别使用独立的冗余控制系统，主要实现对以下子项的控制：①转炉本体驱动；②送风系统；③熔剂加料系统；④环境集烟系统；⑤锅炉给水系统。

转炉的本体驱动分为交流电机驱动和直流事故电机驱动。可以通过切换控制室操作台、炉前操作箱或者机旁操作箱上对应的转换开关位置来控制转炉交流主电机的正转（倾炉）、反转（回炉）、停止操作。且按下任何一处的急停按钮都可以使转炉紧急停止。转炉的倾炉、回炉操作与炉体的角度有重要的联锁关系，同时送风阀、放空阀、钟罩阀、密封小车、防火门、挡灰板也会参与相应的联锁控制。炉体的角度是风口与极坐标轴的夹角，如图2所示。

图2 转炉的炉位示意图

3.2.1转炉倾炉联锁控制

将控制室操作台上的转炉操作模式转换开关选择在作业模式，在炉体处于吹炼位置转换摇炉开关进行倾炉动作时，密封小车自动提升，同时转炉进行倾炉操作，当炉体角度到达45°时，放空阀自动打开至全开位置后自动关闭送风阀至全关位置（并在组态界面弹出送风阀关闭窗口，提示操作人员不能进行回炉误操作），钟罩阀自动下降到最低位置。等待密封小车已提升到位，则转炉可继续做倾炉动作，直到到达60°安全确认位置停止转动，此时需要将摇炉开关进行回零位操作，才能继续倾炉操作，再次转换摇炉开关进行倾炉操作时，最大可到140°倾炉极限位的位置停止。

3.2.2 转炉回炉联锁控制

将控制室操作台上的转炉操作模式转换开关选择在作业模式，在炉体处于安全位置转换摇炉开关进行回炉动作时，回炉到预设的回炉准许炉位时停止，送风阀自动打开至全开位置后放空阀自动关闭直到全关位置，等待转炉炉前送风压力和送风流量满足工艺设定值时，转炉继续进行回炉动作，在零位（即到达转炉吹炼位置）自动停止。密封小车自动下降到最低位置，钟罩阀自动提升到最高位置。若需继续回炉，必须将摇炉开关进行回零位操作后方可进行回炉操作，最大回炉位置为-20°回炉极限位。

3.2.3 交流电机事故倾转

控制室操作台上的转炉操作模式开关选择为作业模式，当炉体角度小于40°时，以下条件只要有一项满足时，交流电机驱动转炉自动倾转到55°的时候停止。同时其他联锁设备进行转炉倾炉操作时对应的联锁动作。

（1）炉前风压低。

（2）送风流量低。

（3）送风阀没有在开限位。

（4）放空阀没有在关限位。

3.2.4 直流电机事故倾转

控制室操作台上的转炉操作模式开关转换到作业模式，直流电机事故倾转转换开关转换到自动模式，直流电机转换开关转换到正常操作模式，当炉体角度小于40°时，以下条件只要有一项满足时，直流电机驱动转炉自动倾转到40°的时候停止。同时其他联锁设备进行转炉倾炉操作时对应的联锁动作。

（1）交流失压。

（2）交流电机总故障（包含交流电机自动倾转的所有条件）。（3）PLC故障。

3.2.5 防火门、挡灰板控制

当防火门、挡灰板的控制转换开关选择在集中位置时，当转炉不在吹炼位（-20°～ +20°）或者转炉正在倾炉或者回炉操作时，防火门、挡灰板自动打开至开限位；当转炉在吹炼位且保持10秒没有动作时，防火门、挡灰板自动关闭至关限位。

3.2.6 熔剂加料控制系统

当炉体位置处在通风眼位（-3°～+3°），熔剂加料皮带、熔剂溜槽、气动闸门的控制转换开关全部转换到集中位置，在上位机操作界面上设定好单次所需的熔剂加料量后，单击熔剂加料启动按钮后，气动闸门将自动提升到最高限位 → 熔剂溜槽将自动下降到最低限位 → 自动启动加料皮带。当点击熔剂加料停止按钮或者单次下料量达到设定值或者转炉发生自动倾转时，自动停止加料皮带→ 熔剂溜槽将自动提升到限位 → 气动闸门将自动下降到限位。

3.2.7 氧气截止阀控制

当送风阀在全开位置，放空阀在全关位置，炉前风压、炉前送风量满足工艺条件值，且氧气总管压力大于炉前送风压力时，氧气截止阀自动打开，否则氧气截止阀关闭。

3.2.8 收尘振打系统

按照设计要求，将收尘振打装置分成了十二组。在联锁自动模式下，前一组振打结束，后一组间隔指定的时间后开始工作。在上位机操作界面上可以设置每组振打装置的工作时间和停止时间，振打的工作时间及次数可根据锅炉的排烟温度来调整，当锅炉的排烟温度低于设计值时可适当减少振打的持续时间或延长两次振打、捶打的时间间隔。反之，当锅炉的排烟温度高于设计值时可适当增加振打、捶打的持续时间或缩短两次振打、捶打的时间间隔。并且每组振打装置都可以实现远程手动振打。

3.3 转炉监控界面

图3 转炉监控界面

4 结语

大冶4#转炉自2012年8月投入生产以来，生产稳定、正常、可靠，在很大程度上提高了生产效率，并实现了改造预期的清洁生产和节能降耗目标。