毕业论文3
唐山科技职业技术学院
毕业论文
简析精炼炉控制系统
姓名 指导教师 专业 系别 入学年份 设计时间 ：： ：：： ： 王建国 刘文丽 计算机控制技术 计算机工程系 2008.9 2011.3.——2011.5
简析精炼炉控制系统
摘要：工业自动化就是工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用动物以外的能源与各种咨讯来进行生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标侧量、操纵的信息处理和过程控制的统称。
本文的介绍对象为天津天钢联合钢铁的LF炉精炼炉控制系统。通过对LF炉精炼炉的工艺的阐述，借助控制画面简单地对该控制系统的硬件组成、设备连锁及控制过程作了简单的介绍。
关键词：精炼炉；PLC；自动控制系统
钢包精炼炉，是用来对初炼炉所熔钢水进行精炼，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备。钢包炉是炉外精炼的主要设备之一。钢包精炼炉主要功能：1、使钢液升温和保温功能。钢液通过电弧加热获得新的热能，这不但能使钢包精炼时可以补加合金和调整成分，也可以补加渣料，便于钢液深脱硫和脱氧。2、氩气搅拌功能。氩气通过装在钢包底部的透气砖向钢液中吹氛，钢液获得一定的搅拌功能。通过钢包吊入钢包小车后，利用电弧炉加热，同时通过包底吹入氩气搅动钢液，可以去除钢液中的氢含量和氮含量，并进一步降低氧含量和硫含量。钢包精炼炉的应用对整个企业来看，至少可增加如下得益：加快生产节奏，提高整个冶金生产效率。
由于PLC具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。进入21世纪以来，PLC已经由原来的逻辑控制器发展成具有较强的数据处理能力、通讯能力的标准工控设备，用其进行各种算法的实现是工控领域的发展趋势。
一、系统控制功能
1、设备设置：
LF炉自动化设备设计中，一级可编机（PLC）选用美国AB公司的PLC，设置两个可编机柜，1个供电柜，4个操作台，其中有一个操作台放在主控室，其余三个操作台放在现场。现场仪表采用合资厂生产的设备。二级计算机选用一台服务器,一个工业微机作为工程师工作站。
2、控制项目：
包括对两台钢包车,炉盖冷却系统,氩气喷吹系统,电极系统,液压站等项目进行控制。各项目操作条件及说明如下：
1）包盖操作
①包盖升降条件：液压单元准备好、紧急按钮没落下的条件下方可进行电极的提升或下降。提升条件：1#、2#，3#电极在高位、电极锁住并且紧急搅拌枪在高位。下降条件：钢包车在加热位，并且停止并被液压缸锁定。
②操作：通过提升、下降按钮完成升降操作，包盖的行程位置靠上下极限在画面上显示。
③观测门，取样门，紧急搅拌门控制。这三个门的打开靠气动阀控制：可以在本地P02操作台上按相应的按钮打开或关闭阀门。
2）钢包车
钢包车是载重钢包在停车位到加热位之间移动，钢包车的行程通过极限控制。（如图1-1所示）极限包括：1#钢包车：停车位极限、停车位超极限、停车位减速位、加热位极限、加热位超极限、加热减速位.2#钢包车：同上.
①本地控制盘操作（P02盘）P04紧急控制盘转换开关置在远程位，P02盘就地控制开关，置在本地位。例：1#前进按钮，按下一次，1#钢包车前进，到加热减速位开始减速，加热位自动停车。1#后退按钮，按下一次，1#钢包车后退，到停车减速位开始减速，停车位自动停车。钢包车还可通过点动转换开关慢速点动进退钢包车。超极限旁通钮用于：当钢包车停在超极限位时，按一次此按钮旁通超极限。然后用点动转换开关工频移动钢包车，到停止位或加热位自动解除旁通，变成慢速点动。P02盘快速停车钮：按下，钢包车立即停止移动。
②计算机画面上操作钢包车选出主控画面（如图1-1所示）。P04紧急控制盘转换开关置在远程位。P02盘就地控制开关，置在远程位。用鼠标点击前进、
后退钮控制钢包车移动。当变频器故障时，用鼠标点击预置钮，复位变频器。
图1-1 钢包车画面
③钢包车启动条件紧急事故钮没有按下、钢包车不在超极限位（没有旁通）、电机没有故障、电极在高位、包盖在高位、紧急搅拌枪在高位、电极没有通电。
④停车条件紧急按钮按下、停止钮按下、到极限位、有故障。
⑤安全特点当钢包车移动时，钢包车上有警笛响，警灯闪烁。当有事故时，需要停止钢包车。可通过主控盘P01上的紧急钮按下，或快速停止钮停下或本地盘P02快速停止钮按下。
⑥1#、2#钢包车之间连锁1#钢包车移动时，2#必须在停止位，且不在移动；2#钢包车移动时，1#必须在停止位，且不在移动。
3）电极
①系统组成:
表1-1 电极系统
②动作条件:急停没按下、液压单元运行正常、电极柜没有报警。夹钳夹紧、钢包车在加热位并且停止、电极解锁、包盖在下极限、没有在放料。
③操作:默认为手动方式，其按钮灯亮。主控盘(P01盘)转换开关置在维护方式，操作方式，换夹钳方式，操作人员都可从主控盘手动控制电极升降.有两种速度选择,电极可单个升降,也可一起升降。
自动方式：当正常加热工作时, 主控盘(P01盘)转换开关置在操作方式，由主控盘按自动方式按钮,选择自动方式,所有电极的升降将由电极调节柜的PLC 控制。如果此时中压真空开关闭合，三个电极自动解锁,电极调节柜PLC控制电极开始下降，产生电弧，控制拉弧长度.如果中压真空开关断开，电极将自动上升到顶位.，在自动方式操作人员也可按提升按钮手动提升电极。
④电极的锁定与解锁：锁定条件：没有。解锁条件：无紧急按钮按下、液压单元运行、电极柜没有报警。操作人员可通过主控台按钮,解锁单个电极,或同时解锁三个电极
⑤电极夹钳的夹紧与松开夹紧条件：无。松开条件：无紧急按钮按下、液压单元正常、中压开关断开、主控盘转换开关在夹钳位置、接地开关闭合、主控盘中压转换开关在禁止闭合位置。当换电极时操作人员按主控盘上夹钳按钮夹紧或松开电极（现场画面如图1-2所示）。
图1-2 加热画面
4）液压单元
液压单元是给下列设备提供液压动力：三个电极，电极夹钳，包盖，紧急搅拌枪横移。
主要设备如表1-2所示：
表1-2 液压单元设备表
①启泵条件：急停没按下（主控盘或本地盘）、抽气阀打开、油液位正常、
油温正常、泵电机没有故障
②本地盘操作（P03盘）：转换开关置在本地位。按泵的启动/停止钮一次，
则泵启动。若再按一下此钮，则泵停止。加热器、循环泵的启动/停止同理。但要根据盘上的指示灯显示，人为确定是否启动停止加热器或循环泵。注：当电极加热过程中停泵，则电极立即断电停止加热。
③在主控室计算机画面上操作：P03盘转换开关置在远程位
④液压站画面设下列按钮开关：手/自动转换开关，1#泵启/停按钮，2#泵启/停按钮，3#泵启/停按钮，循环泵启/停按钮，加热器启/停按钮，冷却器启/停按钮，总停止按钮
⑤手/自动操作：手动操作：用鼠标点击手/自动开关到手动位置。用鼠标点击1#泵启动按钮则1#泵启动；若点击1#泵停止按钮则1#泵停。2#泵、3#泵、循环泵、加热器、冷却器同理。在手动条件下，3台泵由操作工控制其启/停。但当温度和压力到停泵条件时，泵自动停。循环泵、加热器、冷却器的启动、停止完全由操作工控制；自动操作：用鼠标点击手/自动开关到自动位置。循环泵、加热器、冷却器根据条件自动启/停。当油温在18度以下时，启动加热器；30度以上时停加热器。当油温在45度以下时，启动循环泵、冷却器；40度以上时停冷却器。
按1#泵启动按钮，1#、2#工作，3#备用。按2#泵启动按钮，2#、3#工作，1#备用。按3#泵启动按钮，1#、3#工作，2#备用。按总停止钮，则工作泵停止。例：点击1#泵启动按钮，1#、2#工作。当压力升到120bar时，停2#泵。压力小于100bar时，启2#泵。当压力大于140bar时，两台都停，并报警。当压力小于60bar时，两台都停，并报警。当两台中任一台故障，3#自动投入工作。
⑥画面指示（如图1-3所示）：1#泵运行，泵为绿色。泵故障、泵禁用，泵为红色。过滤器堵塞为红色闪烁。1#溢流阀打开为绿色。关闭为红色。1#抽空阀打开为绿色。关闭为红色。2#、3#同1#储能器插入阀打开为绿色。储能器插入阀在压力大于100bar时得电储能，大于120bar时断电。低液位为粉色，低低液位为红色闪烁。油压60bar，红色闪烁；油压100bar，为粉色；油压140bar，红色闪烁。油温40度粉色；45度油温50度粉色；油温55度红色闪烁。加热器运行为绿色；故障为红色。电极升降油缸，阀开为绿色。电极加紧油缸：上油上下阀为绿，回油下右阀为绿。钢包盖升降油缸同上。
远程操作灯：当远程操作时为绿色。
图1-3 液压画面
5）紧急搅拌系统
当底吹堵塞时,才使用紧急搅拌枪。操作人员只能在本地盘控制搅拌枪横移、升降、开/关阀，进行吹氩搅拌。
①系统组成：如表1-3所示。
表1-3 搅拌系统设备表
②动作条件
操作方式：紧急按钮未按下、液压正常、钢包车停止且在加热位、包盖在低
位电机准备好、搅拌门打开。维护方式：紧急按钮未按下、液压正常、包盖在低
位、电机准备好、搅拌门打开。
③操作
自动操作：没有。手动操作：在本地盘（P02盘）。当底吹堵塞后，到P02
盘操作，按工作位钮，枪转到工作位，然后打开搅拌门。按下降钮，枪下降到钢
包中，按“顶吹选择钮”，按氩气流量加减钮，打开氩气阀，调节流量。当过程结
束后关闭，按上升钮提枪，关搅拌门。按停止位钮，枪移回停止位。
6）底吹搅拌系统
每个钢包车都有一个独立的搅拌系统,操作人员可在主控盘P02本地盘控制氩气阀的开/闭,调节氩气流量（如图1-4所示）。控制方式:
自动控制:没有。手动控制:①P02本地盘控制：P02本地盘选择开关在本地位。选择1#或2#钢包车搅拌。按“氩气总阀打开/关闭”钮。按增加/减少钮调节流量。如果要关闭氩气，则先选择要关闭的搅拌系统是1#钢包车，还是2#钢包车。按选择钮选中后，按氩气阀开/闭钮，则关闭此钢包车的氩气搅拌。②P01主控盘控制：P02本地盘选择开关置在远程位。在主控盘的按钮与本地盘一样，所有操作过程同上。③旁通阀的使用：旁通阀同样可在本地盘或主控盘控制当管线出口压力增高到一定值时，判定底吹可能堵塞，这时，需要开旁通阀来获得一个更大的氩气流量吹通。通过按旁通按钮打开旁通阀。再按一次此钮，旁通阀关闭或60秒后旁通阀自动关闭。
图1-4 底吹画面
7）合金装料斗
在包盖上的一个加料斗，用于料的暂存。有两个门靠气动阀控制：即控制入口门和出口门。
①动作条件：急停没按、加料事故钮没按、电极在高位、紧急搅拌枪在高位、包盖不在高位、电极没上电、钢包车停止且在加热位。维护方式：急停没按。
㈡操作方式：自动操作：没有。手动操作：P01主控盘和本地盘P02都有开关按钮，操作人员手动开闭加料门。
8）上料系统
用于给LF炉和VD炉加料。属于公共部分，所以使用了单独一台PLC控制
①上料系统设备包括：12个料仓，每个料仓有一个料位低信号。每个料仓有一个电振：包括全开、微开两种方式。五个称量斗都是0-1500公斤量程，精度千分之一。每个称量斗有一个翻板阀和一个电振。公共可逆皮带一条。LF炉上料皮带一条。
②上料系统运行条件：急停没按。LF炉允许放料或VD炉允许放料。(每个设备都有一个机旁操作箱，操作箱上有一个手/自动选择按钮，当此按钮置到手动位时，只能在机旁操作；当此按钮置到自动位时，才能在主控室的计算机画面上操作。
③操作方式：在计算机上料画面上操作（如图1-5所示）。当LF炉或VD炉请求放料信号发出后，操作人员开始放料。首先，设定每种料的重量，然后开振加料到料斗称中，料斗称称量结果等于设定后，自动停止加料。启上料皮带，延时2S，启可逆皮带，再延时2S，。启动料斗称电振，开翻板阀,把料放到可逆皮带上.当可逆皮带正转时，可把料加到LF炉中，当可逆皮带反转时，可把料加到VD炉中。料放完后，关阀停振。当所有料种都放完后，停可逆皮带，停上料皮带。
④各设备间连锁：
Ⅰ当电动翻板阀打开时，料仓电振给料机不能启动。只有在上一批料放完后，翻板阀闭合后，料仓电振给料机才能启动。
Ⅱ加料皮带未启动，可逆皮带不能启动。可逆皮带没停止时，上料皮带不能停。
Ⅲ称量斗电振只能在可逆皮带上料皮带启动后启动，电振停止后，可逆皮带才能停止。
Ⅳ在上料皮带，可逆皮带，称量斗电振，翻板阀正常运行时，只要上料皮带停止，其它设备自动停止。
Ⅴ共用一个称量斗的料仓不能同时给料，只能一个先称量并且放掉，并按一下解除按钮，然后，再称另一个料仓的料。
图1-5 加料画面
⑤具体操作与画面显示
Ⅰ配料的设定：有两种方式：用鼠标点击称量设定手/自动开关，置到自动位，此时接受二级的配方，在画面上设定值显示位置，自动显示二级的配料设定值。如果操作人员认为自动设定值不理想，可修改二级的配方；用鼠标点击此开关到手动位，操作人员可任意输入设定值。
Ⅱ称重：12个料仓上都有一个料位低信号，当料仓料位低时，画面上，此料仓上显示“低料位”报警，提示操作人员。12个电振每个都有手/自动两种方式：用鼠标点击手/自动开关到自动位，“开始称重钮”后，电振自动启动，先全开，当设定值与实际值少于等于40公斤时，变为微开，称量等于设定后，自动停止。用鼠标点击手/自动开关到手动位。按开按钮，电振启动，如果设定值少于等于40公斤，电振微开；如果设定值大于40公斤，电振先全开，当设定值与实际值少于等于40公斤时，变为微开，称重值等于设定值后，自动停振，也可按“停振钮”中途停振。每个称量斗上方显示称重设定值，电振启动后，画面上电振变绿并闪烁，电振旁边显示全开或微开。每个电振“开振/停振”钮上有一个料仓号，当电振在机旁位时，显示白色，当PLC在线位时，序号变成绿色，表示该电振在线。
Ⅲ称料斗放料：每个称料斗设手/自动两种方式：用鼠标点击手/自动开关到
自动位。当LF炉发出放料信号后，上料，可逆皮带运行，然后按放料按钮，则
电振自动启动，翻板阀自动打开，料放到可逆皮带上，料放完后，自动关阀停振。用鼠标点击手/自动开关到手动位。按开按钮，开始放料，称重值等于“0”后，按关按钮，阀关闭后，按停振钮，停止振动给料。当电振启动后，画面上称量斗下方电振变绿并闪烁。翻板阀开关有极限显示，阀开显示绿色，阀关显示红色。每个开振按钮上方的序号可表示PLC在线，当在机旁位时，序号显示白色，当PLC 在线位时，序号变成绿色。然后
Ⅳ按画面上急停按钮，则所有设备都停止。报警解除钮，当个别设备产生报警停止后，要再次启动必须按报警解除钮。
Ⅴ皮带：上料皮带在手/自动两种方式。用鼠标点击手/自动开关到自动位。当LF炉发出上料请求信号后，并且称量斗中有料，则上料皮带自动启动。当LF 炉上料请求信号撤消或称量斗中无料，可逆皮带停2秒，5个电振全停后，上料皮带自动停止；用鼠标点击手/自动开关到手动位。用鼠标点击上料皮带启动钮，上料皮带启动。然后启动可逆皮带，最后启动电振和打开翻板阀。当5个电振全停翻板阀关闭后，按停止钮，可逆皮带停，上料皮带停止。当上料、可逆皮带运行时，画面上皮带转动并有转动方向显示。有故障时，皮带上显示故障种类。上料皮带、可逆皮带也有PLC在线提示。
9）中压系统
①进线测量：包括进线的电压、电流、功率和电路的保护等。
系统组成如表1-4所示：
表1-4 中压系统进线测量信号表
报警显示：当一般报警产生时，计算机显示警笛报警。当跳闸报警产生时，计算机显示警笛报警，真空开关跳闸断电。跳闸报警包括：低电压报警、过流报警、二次侧短路报警、主侧短路报警、接地故障报警
②进线开关
Ⅰ系统组成：如表1-5所示。
表1-5 进线开关组成表
PLC控制Q5、Q6、Q3的打开和闭合，其他开关检测其状态。
②动作条件（如图1-6所示）： Q6闭合条件：急停没按，没有报警，警笛使用，Q5打开，Q3打开，主控台转换开关置在操作位。Q6打开条件：Q5打开，Q3打开
图1-6 连锁画面
③操作方式：Q5闭合条件：急停没按，液压正常，钢包车停止且在加热位，紧急搅拌枪在高位，不在加料，冷却水正常，没有报警，警笛使用，Q5插入，Q6闭合，Q7打开，Q1打开，Q2闭合，转换开关在操作位，转换开关不在禁止位。Q5打开条件：没有。Q3闭合条件：急停没按，没有报警，警笛使用，Q4打开，转换开关没有旁通。Q3打开条件：没有；Q6闭合条件：急停没按，没有报警，警笛使用，Q5打开，Q3打开。
10）变压器单元
变压器单元包括冷却系统、报警系统、抽头控制
①冷却系统：冷却系统是为了驱散变压器热量，使其正常工作。变压器冷却使用强制循环的油/水交换散热。操作人员可在计算机画面或本地盘控制变压器油泵。
Ⅰ系统组成：
表1-6 变压器冷却系统表
Ⅱ报警信息：当一般报警产生时，画面显示警笛鸣叫（报警允许时）。当跳闸报警产生时，画面显示警笛鸣叫（报警允许时）真空断路器跳闸。油冷却泵启动条件：急停没按、电机正常、没有跳闸报警。
Ⅲ操作：只能从计算机画面按启/停按钮，控制泵的启停。
②抽头控制
操作人员从主控盘控制变压器抽头插入位置，可改变变压器二次侧电压。
Ⅰ系统组成：
表1-7 抽头控制系统表
Ⅱ抽头动作条件：急停没按、电机正常、没有跳闸报警。
11）冷却水系统
冷却水系统不需要操作，只是在计算机画面上显示（如图1-7所示）。
有两种报警：跳闸报警：红色闪烁。一般报警：粉色。
图1-7 信号指示画面
系统组成如表1-8所示：
表1-8 冷却系统信号表
二、硬件
该系统使用AB公司PLC-5主机
1、电源：
机架采用220v交流电源；PLC电源采用独立供电的UPS电源，停电后可为
PLC不间断提供20分钟电源；数字量模块采用漏型，采用稳压电源为现场提供
24v电源；中间继电器线圈电源为24v，接点电源为200v。
2、机架：
本系统有2个PLC柜使用一个集成C网通讯模块的CPU；2个机架利用C网连接；18个数字量模块，6个模拟量模块。
3、显示灯：
PROG 绿色：正常；绿色闪烁：从处理器往EPRAM传程；红色闪烁：运行时间错误，检查程序错误；红色常亮：处理器内存错误；
OFF：没上电。
FORCE 橙色：有点已在强制；闪烁: 虽然有点在强制,但不允许它强制；OFF:没有强制状态。
COMM OFF:25针串口没用,需配加网地址；绿色闪烁:Channd.0 ； 0通道正在通讯。
CH1A.CH1B两灯状态绿灯常亮:DH+、适配器正常工作；绿色闪烁:有故障①没上电②电缆故障；红灯:硬件错误；红灯闪烁:远程适配器自检错误；OFF:该通道没用。
STAT 红灯:硬件问题；红灯闪烁:硬件或软件问题；OFF :正常操作(以太网正用,但没有被激活)；绿色:以太网口被激活。
XMIT 绿色:正在发送数据包； OFF:没有发送。钥匙位置：
PROG 编程状态；
REM 远程状态；
RUN 运行状态。
三、本系统的应用
本控制系统采用美国AB公司的PLC实现了工业自动化，提高了生产效率。但它的手自动控制都需经PLC发布指令，驱动现场设备。一旦PLC出现故障，现场设备手动操作将失效！
参考文献
[1]张鹤鸣，刘耀元.可编程控制器原理及应用.北京大学出版社，2007.2
[2]马小军.可编程控制器及应用.东南大学出版社，2007.4
[3]瞿大中.可编程控制器应用与实验.武汉：华中科技大学出版社，2002.12
[4]李树雄.可编程控制器原理及应用教程.航空航天大学出版社，2003.9
总结
精炼是炼特种钢生产过程中的重要一步，精炼炉控制系统过程控制效果的好坏会直接影响到产品的质量。本系统采用的美国AB plc为控制器的控制系统非常适合重工业的自动控制，能够充分满足生产工艺的要求。对现场操作人员的数量要求少，然而对现场的响应更快更及时了。在科技日益发展的今天，我相信相信在不久的将来生产过程中现场没有工人的工厂，在中国会成为一种潮流。这正是企业所追求的，它可以为企业节约成本提高生产质量、效率，为企业带来最大的利润，用以完善其他配套环境保护设施，实现企业和社会的可持续发展。
致谢
光阴似箭，岁月如梭。转眼三年的大学时光即将走完。每当我漫步在校园中看到校园里的一花一草，曾经我们埋头看书的教室、吸取课外知识养分的图书馆、挥汗拼搏的操场、还有住了将近三年的宿舍，突然感觉有些留恋和不舍。心中涌起无数的感慨，这里承载着我太多的美好回忆。第一次拉着行李去实习的时候，跨出学校门口的那一刹那，我突然意识到大学生活渐渐离我远去了，我的学生时代即将结束了，心中不免伤感。回想起过去的三年，老师们对我们的谆谆教诲、辅导员对我们的细心照顾。心中不免有些涌动。这三年的时间里，我虽然成长了不少，但对于进入社会还是感到有点不安，不过更多的是兴奋。我相信在大学生活中所学到的科学技能、做人道理，在今后的工作和进步中给我莫大的帮助在此，我首先要感谢唐山科技职业技术学院让我度过了三年愉快而充实的大学生活。这也是我人生中最美好，最珍惜，最值得回忆的一段日子。我永远不会忘记这个曾经给予我知识、快乐，教诲我如何做人的大学校园。其次，我更要感谢曾经指导过我，关怀过我，教育过我，启发过我的所有老师们。你们不仅教会了我知识技能，更教会了我做人的道理。把我培养成了一个对社会有用的人。我会用你们给我的知识财富努力工作。不辜负你们对我的期望。在这里谨以一个实习的大三学生的身份感谢在我实习期间对我进行帮助的师傅们。谢谢他们平时工作中无私的帮助和对我论文难题的解答，同时感谢我的指导老师刘文丽，谢谢她在百忙之中对我论文的指导。再次对给予我帮助，教育过我的所有老师表示深深的感谢！