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《四川冶金雜志》2015年第一期

1轉爐的規范操作管控不力

職工安全教育培訓工作不到位；設備故障應急管理不力；操作規程不健全；交接班時沒有嚴格按照工藝操作規程進行試車、清理爐口，屬于違規作業行為，沒有得到及時糾正。為盡快恢復生產，達到安全煉鋼，我公司制定了相對應措施：（1）傾動系統操作要求：操作前先確認滿足以下條件，稀油站工作正常、活動煙罩升到位、爐前，爐后，中控操作手柄處于零位、選擇操作地點、無急停信號、氧槍處于等待點或以上槍位，氧槍絕對編碼器無故障。（2）傾動零位：－3°～3°之間。（3）高、低速度區分：爐前（倒渣、測溫）方向運行，15°～60°、110°～－115°、－115°～－15°為高速區段，60°～110°、－15°～15°為低速區段；爐后（出鋼）方向運行，－15°～－60°、－115°～110°、110°～15°為高速區段，－60°～－115°、15°～－15°為低速區段。（4）傾動運行時，當有任何一臺變頻器報故障時，傾動默認收到停車命令，進行減速停止。此時傾動轉爐需手柄回零位后，再次啟動有效。（5）任何兩臺變頻器報故障后，爐前（倒渣、測溫）方向運行＞60°時不能繼續運行，只能往上動作（抬爐）；爐后（出鋼）方向運行＜－60°時，不能繼續運行，只能往上動作（抬爐）。（6）日常操作中試“急停”動作時只能在慢速區操作，禁止高速區急停（失控情況除外）。

2轉爐傾動系統存在的缺陷及采取措施

2.1轉爐傾動電氣傳動控制系統硬件設計存在的問題（1）轉爐傾動PLC與傾動變頻器采用AB公司Devicenet網絡進行主從分配、電機轉矩的上傳及下發等，Devicenet網絡通訊速率慢（最大512K），可靠性差。通訊滯后可能引起主從負荷分配不平衡。網絡故障如果PLC沒有檢出并關閉抱閘可能引起轉爐顛覆。措施：采用AB公司CNBR冗余網絡，通訊速率為2M，可靠且穩定，當一根網線故障，另一根熱備網線自動投入。（2）2＃轉爐傾動采用AB公司Power－flex700變頻器，根據實際的使用經驗推薦使用AB公司Powerflex700S變頻器，因為該型變頻器的調速精度，轉矩響應速度，可靠性均比Powerflex700要好。（3）關于傾動變頻器進線接觸器的使用。目前該軟件設計在轉爐傾動緊停時分變頻器進線接觸器，由于操作工頻繁拍”緊急停止”，造成進線接觸器頻繁分合，當一分鐘內進線接觸器分合超過2次時可能會損壞變頻器；現場實際情況也反饋傾動變頻器使用壽命短，容易損壞。措施：轉爐緊停時不再使用進線接觸器，用變頻器的安全停車功能”enable”即可，為確保轉爐操作安全可靠，這需要修改原有變頻柜內控制回路。

2.2轉爐傾動電氣傳動控制系統軟件設計存在的問題（1）現有軟件設計變頻器使用Ramp停車模式。該停車模式程序設計復雜且可靠性不高，可能引起轉爐傾動停止時爐體抖動，如果程序設計邏輯性不強會引起轉爐顛覆。措施：采用Coast停車模式，停車平穩，而且操作簡單可靠。（2）零速懸停停車功能。現有軟件設計停車時，變頻器關斷。措施：采用的辦法是轉爐傾動停車時，抱閘關閉，電機零速滿轉矩輸出使轉爐懸停且抱閘不受力；采用該模式時轉爐傾動起動響應快，停車平穩、安全可靠。（3）原有程序無傾動PLC與變頻器De－vicenet通訊故障監測及保護功能。當主變頻器與PLC通訊故障時，PLC沒有監測并關閉抱閘及停止變頻器，會引發轉爐顛覆。措施：使用CNBR網絡，且增加通訊監測及保護功能，需修改應用軟件。（4）原有程序無傾動PLC與中央PLC通訊監測及保護功能。當通訊中斷時，轉爐可能無法啟動，或停止不住，或低速區域不減速。措施：修改程序增加通訊監測及保護功能，當與中央PLC通訊故障時，停止傾動。（5）原有程序主電機沒有Ready時，不關閉抱閘主電機Ready優于主電機故障時，可能導致轉爐顛覆。措施：修改程序，主電機沒有Ready時必須關閉抱閘。（6）原有程序設計存在傾動運行時切換主從的可能傾動運行時切換主從可能導致傾動失控、顛覆。措施：在傾動變頻器停止時切換主從，需修改軟件。（7）原有程序設計中轉爐急停可能引起變頻器掉電故障時自動復位。措施：從安全出發，，人工手動復位。（8）原有程序設計以任一電機電流作為開抱閘判斷條件時其邏輯性不強，可能引起傾動失控、顛覆。措施：采用主電機速度給定及轉矩反饋作為開抱閘判斷條件。（9）原有程序設計在傾動啟動期間，從電機轉矩給定做了Ramp功能，但僅為300ms。該設計不合理，可能引起啟動轉矩不足等情況。措施：取消該功能。（10）原有程序設計無傾動位置編碼器Devicenet通訊監測及保護功能，會導致當位置編碼器通訊故障或位置編碼器故障時傾動低速區域不減速的現象。措施：修改程序增加上述保護功能。（11）原有程序設計“緊急停止”通過網絡接收自中央PLC，不直接，不嚴謹。措施：緊急停止直接進傾動PLC，且使用變頻器安全停車功能”enable”。（12）原有程序設計所有從電機在啟動后軟化為0．7倍主電機轉矩。這樣可能引起主電機電流大且波動等現象，傾動轉矩不夠，現場反映主電機減速機經常撕裂就是該原因引起的。措施：優化變頻器參數后可取消該功能。（13）原有程序設計傾動高低速區間不合理，高速角度偏大，不嚴謹，操作工操作不謹慎時，爐子速度快，引發鋼水濺出現象。措施：設計合理嚴謹的傾動高低速區域，從程序上限定且杜絕人為誤操作和不規范操作。（14）原有程序設計速度給定采用模擬量，無最小限幅保護。可能出現速度＜5HZ以下速度傾動，在極低頻下可能出現變頻器調速不穩定，傾動失控，顛覆。措施：增加速度給定最小限幅，速度≥5HZ。

3改進方案

3.1電氣傳動

3.1.1轉爐傾動電氣傳動改造方案采用4臺工程型矢量變頻器分別驅動4臺電機，1主3從，主電機速度控制，從電機轉矩控制；采用制動電阻消耗回饋電能，采用速度編碼器反饋提高低頻調速性能及動態響應性能。任意一臺電機均可為主電機，可從HMI上手動切換；當電機或變頻器發生故障時，3臺電機可正常生產，2臺電機可緊急低速復歸。4臺變頻器通過Controlnet（CNBR）與傾動PLC聯接進行數據交互，PLC讀取變頻器的控制字、狀態字、速度反饋、轉矩反饋等；然后PLC下發給變頻器的有主從設定、速度或轉矩等。

3.1.2轉爐傾動變頻柜改造內容

電源柜2H01雙電源切換進線柜2H01柜內原有設備利舊，從原有雙電源切換裝置取如下干接點信號至傾動PLC盤2K01，增加DI信號如下：a開關合閘b開關分閘a電源欠電壓b電源過電壓.

傾動變頻柜2G01～2G04柜內原有變頻器、進線開關、電抗器等利舊。取消變頻器進線接觸器；增加變頻器出線閘刀，增加出線閘刀，以便檢修電纜。修改變頻器DC24V控制回路。制動電阻箱內熱敏電阻信號接至變頻器數字量輸入模塊，作為外部故障信號，當制動電阻過熱時，停止變頻器。變頻柜內增設一路AC220V雜用電源用于柜內照明及冷卻風扇。變頻器上的Devicenet網卡更換為Con－trolnet網卡20－comm－c。變頻器參數的優化及調試。傾動變頻器原理圖如1。

傾動PLC柜2K01需對2K01內傾動抱閘及冷卻風機的電機啟動回路進行改造。需對2K01內AC220V控制回路及DC24V控制回路進行改造。柜內原有能利舊的設備均利舊，改造后的原理圖如圖2（a～h）

3.2基礎自動化

3.2.1PLC控制系統

轉爐傾動PLC控制系統改造方案在原有的基礎上加以改進。4臺變頻器通過Controlnet（CNBR）與傾動PLC聯接進行數據交互，PLC讀取變頻器的控制字、狀態字、速度反饋、轉矩反饋等；PLC下發給變頻器的有主從設定、速度或轉矩設定等。傾動PLC與主PLC單獨采用Control－net（CNBR）聯接，接口信息見表1。改進后的PLC控制功能分擔見表2。PLC系統網絡圖如圖3。

轉爐傾動PLC控制系統改造內容（1）傾動PLC盤2K01原傾動PLC盤2K01中PLC機架上的CNB卡換成CNBR卡，通過Controlnet與主PLC聯接。原傾動PLC盤2K01中PLC機架上的DNB卡換成CNBR卡，通過Controlnet與傾動及氧槍變頻器聯接，變頻器上的通訊模塊需更換為20－comm－c。2K01中改造引起的DI增量可接至原傾動PLC機架5號槽的備用數字量輸入模塊。增加1個OB32模塊，插入原傾動PLC機架7號備用槽，用于從2塊不同的OB32輸出2個DO點經中繼隔離且串聯后控制傾動抱閘的開合（原傾動PLC機架上有1塊OB32）。原傾動PLC盤2K01中PLC機架上的其他設備利舊。（2）主PLC盤原主PLC機架上6號槽的IF16模塊替換為CNBR卡，通過Controlnet與傾動PLC聯接。主PLC盤中傾動緊急停止的DC24V繼電器控制回路需修改。（3）PLC應用軟件對傾動PLC及主PLC應用軟件的改造、調試。

3.2.2傾動操作臺原有3個傾動操作臺上的搖爐主令開關更換為施耐德品牌，型號為XKDF13440000，該型主令開關有檔位手感好、有自動回零、零位電氣和機械互鎖手柄等功能，可靠耐用。需對原傾動操作臺上搖爐主令開關左邊的2個指示燈進行移位。

3.2.3HMI根據需要對原有HMI應用軟件進行改造、調試。HMI硬件及開發軟件均利舊。

3.2.4PLC軟件有以下控制功能①與主PLCControlnet通訊診斷及故障保護。②位置編碼器換算、故障診斷及保護；Devicenet網絡通訊診斷及故障保護。③與變頻器Controlnet通訊診斷及故障保護。④主從控制，傾動運行時不能切換主從。⑤內控及外控：內控模式下，所有變頻器均為速度控制模式，用于單體調試。外控模式為正常工作模式，1主3從。轉爐傾動運行時不能切換內控及外控模式。⑥當變頻器或電機發生故障時，3臺電機可正常生產，2臺電機可低速完成一爐鋼冶煉。⑦先進合理的速度限幅區間設定，可有效防止誤操作；當位置編碼器故障時，只能低速傾動，確保安全；⑧向出鋼方向傾動時，＋3．5°、－65°傾動自動停止，搖爐手柄回零位再往出鋼方向搖動，方可繼續傾動；向出渣方向傾動時，－3．5°、60°傾動自動停止，搖爐手柄回零位再往出渣方向搖動，方可繼續傾動；上述角度可根據現場實際生產情況調整。⑨對傾動抱閘打開及關閉異常的診斷及保護。⑩預勵磁及零速滿轉矩懸停：按下“傾動使能”按鈕，變頻器“零速”啟動，電機勵磁；搖爐手柄有操作，抱閘未開到位，傾動小速度給定，抱閘開到位后，按傾動手柄速度給定；90S內搖爐手柄無操作，變頻器停止。傾動停止時，電機零速滿轉矩懸停，抱閘合，停止平穩可靠。變頻器停車采用Coast模式。

4改進效果

通過對轉爐傾動電氣傳動系統及自動化系統PLC控制程序的改進后，我公司2＃轉爐的傾動控制系統運行良好，提高了設備運行的穩定性；特別是通過電氣傳動控制系統和自動化系統來克服轉爐本體全正力矩特性喪失的方案，解決了轉爐自身存在的重大安全隱患，確保了安全煉鋼。同時本方案的實施為轉爐控制系統的改進提出了新的觀點和新的方法，也為公司1＃、3＃轉爐的傾動控制系統改進起到技術引領的作用。

5結束語

通過對轉爐控制系統實施以上改進措施，我們對轉爐傾動控制系統的運行情況進行了跟蹤、分析和驗證，其運行系統穩定、效果良好，既減少了設備的故障率，同時還解決了變頻器經常燒壞的現象，為降低生產成本、提高轉爐的作業率奠定了堅實的基礎。

作者：任華金謝超尹文單位：四川德勝集團釩鈦有限公司