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1、浅析PLC在电弧炉炼钢电极自动调节系统中的应用第13卷总第53期2007年第4期特钢技术SoecialSteelTeehnVo1.13(53)2007,No.4浅析PLC在电弧炉炼钢电极自动调节系统中的应用李宣讲(攀钢集团四川长城特殊钢集团公司炼钢厂,四川江油621704)摘要:电孤妒电极自动调节系统原控制系统采用西安电磁机械厂的电阻,电容,电位器等控制原件组成的一块综合控制板和三块控制板分别控制三相电极升降,该控制系统,不仅故障率高,且控制不太精确.而现在采用的PC+微控制器(单片机)式调节器的PLC控制不仅故障率低,且控制精确,为我车间降低生产成本做出了一定的贡献.本文旨在介绍目前较为流行
2、的PC+微控制器(单片机)式调节器的PIE控制应用于电弧炉电极调节系统的实践经验,设备配置,控制模式及应用效果.关键词:PIE,电弧炉,电极,自动调节中圈分类号:TF355.3+1文献标识码:A文章编号:16740971(2007)04一O4604ApplicationofPLCintheElectrodeAutomaticAdjustingSystemforEFMeltingLiXuanjiang(SteelmakingPlant,ChangehengSpecialSteelCompany,PangangGroup,Jiangyou621701)Abstract:Thepreviouscon
3、trolsystemforelectrodeautomaticadjustingsystemofEFusedacomprehensivecontrolboardwhichconsistedofcontrolelementssuchasresistor,capacitor,potentiometerandthreecontrolboardstocontrolthreephaseselectrodesupanddownrespectively,thiscontrolsystemWasnotonlyofhightroubles,butalsowasnotcontroUedprecisely.PIEc
4、ontrolsystemwhichconsistsofPC+microcontroller(anglechip)typeadjusterisnotonlyoflowtroubles,butalsocontroUedprecisely,itcontributes1oreduceproductioncostsforoRrworkshop.Thispaperintroducespracticalexperiences,equipmentdisposition,controlmodeandapplicationresultofpopularPIEcontrolsystemwhichconsistsof
5、PC+mierecontroller(singlechip)typeadjusterusedinelectrodeadjustingsystemofEF.KeyWords:PIE,EF,Electrode,Automaticadjustment近年来,随着国家经济建设及国防工业的不断发展,不仅要求炼钢企业提供质优的产品而且要求价格不断降低.因此,作为以电弧炉为主要冶炼设备的我车间必须在工艺设备上不断进行创新,以达到其生产过程的精确,高效,增产及降耗的目的.l现状我车间的炼钢电弧炉是本车间主要耗电设备,其耗电量约占本车间耗电量的70%80%左右.且电炉的功率配置较低,生产周期长,冶炼电耗和电极消
6、耗也较高,目前国际上10t容量电弧炉吨钢电耗普遍在600kWh/t钢水左右,石墨电极消耗约7.0kg/t钢水.而我车间2004年以前吨钢电耗高达750800kWh/t钢水左右,石墨电极消耗约9.0kg/t钢水左右,且控制系统老化严重,故障率较高,维护费用每年约需6万元左右,为解决消耗过大,故障率过高等问题,采用PC+微控制器(单片机)式调节器的PLC控制技术以降低各项消耗指标,提高生产效率,我车间分别于200420o5年底对2#,0#,1#电弧炉由原来的工业PC+微控制板控制改为PLC可编程控制器+IPC工业控制计算机组成的电弧炉自动调节系统,对冶炼电流及输入功率进行优化控制.2结构及原理硬件
7、及软件框图见图1和图2.电极升降调节系统由PLC可编程控制器,IPC工业控制计算机,输入输出外围线路,数据采集模块,面板显示仪表及操作按钮,转换开关,电工量变送单元,专用变压器,减速机,交流电机及操作台体等组成.收件日期:20070706修回日期:20070823作者简介:李宣讲(1975年一),男,陕西武功人,助理工程师,2000年7月毕业于陕西工学院(现陕西理工大学),主要从事设备管理与维护Y.fi现就职于攀长钢炼钢厂三车间设备组.联系电话:(0816)3463690;EMaiI:2007年第4期李宣讲:浅析PLC在电弧炉炼钢电极自动调节系统中的应用47弧流A/DPLC弧压转换程序转换模块
8、1.叁数-I,/4,h测量I1.弧流信号给定电流卜_+开关滤波l2?弧压信号量输2.模糊面板操作卜入模控制I块图1信号原理图Fig.1Schematicsofsignaling2.3主要技术参数图2软件流程图Fig.2SchematicsofPIg:control2.1主要功能(1)系统按照模糊控制原理参照设定电流自动进行冶炼过程电弧功率控制.(2)自动起弧,自动进行过电流保护.(3)显示冶炼过程中的弧压,弧流等冶炼参数.(4)可手动控制单根或三根电极升降.2.2主要技术特点(1)不改变原设备接口,安装十分方便.(2)由于采用PLC直接作为控制和信息处理,其控制线路简单,系统响应速度快,系统抗
9、电磁干扰能力强,工作稳定,可靠.(3)程序修改方便.(4)起动力矩大而且低速调节时力矩稳定,能够迅速提升电极,在塌料时,使电极迅速脱离短路状态.(5)采用名牌变频器,功能完善,可靠性高.(6)适合各种交流电机控制的熔炼炉.(7)操作简单明了,维护方便.(8)系统硬件采用模块化结构,并留有余量便于维护和扩充.三相不平衡度:熔化期6%精炼期2%非灵敏区调节范围:10%30%电弧功率整定范围:20%120%连续平滑可调:电极升降过渡过程时间:2.5s电极响应时间:0.1s电极升降最大速度:上升极限:3.8m/rain下降极限:2.5m/rain3工作原理3.1原理图原理图参见图1,图2.3.2信号检
10、测信号测量环节包括弧压弧流测量回路,信号采集模块等.该环节电弧电流表及弧压表在操作台仪表板上,其余元件在操作台后部元件板上.3.3信号变送信号变送线路将弧压及弧流检测信号变送为直流有效信号.该部分线路位于操作台中,信号转换采用利用电磁隔离原理工作的交流直流有源转换模块,具有抗干扰能力强,反应快及测量正确的特点.3.4A/D转换A/D转换模块将弧压,弧流直流平均值转换为PLC可识别的数字量信号(进人PLC进行自动调节).3.5CPU模块系统软件在CPU中运行,执行指令,控制和协调系统的各部分硬件工作.48特钢技术第l3卷第4期3.6输出驱动该部分线路包括D/A转换模块和变频器.变频器位于变频台中
11、,其输出直接驱动交流电机工作.3.7开关量输入(I/O)开关量输入线路包括,面板操作输入及电压等级输入.3.8稳压电源稳压电源分别提供系统输入测量回路和开关量输入回路及输出手动控制部分的直流工作电源+24V,+5V及4-12V.3.9系统工作过程(1)点弧电弧炉主回路合闸后,启动系统工作,电极下降.当首根电极触料时弧压信号为零,弧流也为零,电极停止.当二相或三相电极触及炉料后,相应主回路中有电流通过,此时弧压较小,电极上升,产生电弧,当弧流信号与弧压信号为额定值时,电极停止移动,电弧稳定燃烧.(2)电压等级检测(3)小偏差时的工作过程当弧流偏离整定值时,系统根据偏差的极性及幅值,确定电极升降的
12、方向和速度,通过变频器及交流电机控制电极升降.当弧流大于整定值时,电极缓慢上升.当弧流小于整定值时,电极缓慢下降.系统设定非灵敏区,当弧流弧压恢复到额定状态或进入非灵敏区后,电极停止移动.(4)大偏差时的工作过程当弧流偏离整定值较大时,电极快速上升或下降.当某相断弧时,电极快速下降.当发生塌料而过电流时,电极快速上升.(5)手动升降电极在运行中,当需要人工干预时,可随时操作手动升降开关,使变频器处于按内部设定速度(此参数在设备出厂前已设定)正转或反转,使电极快速提升或下降.也可操作扳键开关,点动电极升降.(6)整定值面板调整在运行中,当需要改变工作电流时,可通过面板旋钮,手动操作修改电流整定值
13、.系统自动按照修改后的整定值运行.4运用情况通过下面统计表可以看出,原西安电磁机械厂的电阻,电容,电位器等控制原件组成的一块综合控制板和三块控制板分别控制三相电极升降系统吨钢电耗600kwh/t,电极消耗8.4kg/t左右,而工业控制计算机与可编程控制起的组合应用,可使得整台炼钢电炉的控制系统结构更为合理,功能提高,维修减少,运行可靠.通过近两年来的使用,吨钢电耗降低30kWh/t.电极消耗1.2kg/t左右.经过对2群电弧炉控制系统改造后近二年的运行,取得了良好的效果,其运行效果见表1.表1运行两年技术参数对比表Table1Technicalparametersin18of2004year电
14、耗与2O04年同期相比下降约30kWh/t,效果较佳.5技术经济(2)由于电弧燃烧稳定且断电极次数减少,因(1)节电约3%8%.从运行效果表上可以看此今年l8月与2004年相比平均节省电极约1.2出,2群电炉自3月更新运行软件后,今年38月平均kg/t钢水.(下转第62页)?62?特钢技术第l3卷第4期了我们的建议,采取了一举三得的好效果.一是冶炼厂及时开工,二是节约了废钢采购资金,三是腾空了大料场.当然,如果我们不主动开腔提建议,那些废钢就可能继续闲置.这说明我们的原料库与生产环节及用户需求的快速反应机制尚不完善.可见,综合化管理是非常必要的.(3)管理化为了提高营运效率,目前钢铁企业在成本
15、管理,生产管理,财务管理等方面都力求强化,库存管理也不例外,而且还要增加库存预警机制.不管哪个方面的管理,共同的原则都是促进计划一生产一审核这一循环.(4)信息化随着世界制造业重心向中国的转移,经营环境的变化越来越大,半成品,在产品,成品等库存管理所要求的功能和作用将越来越高,精度要求也更高,再加上钢铁企业信息化程度的提高,必然要求生产流程和库存阶段也逐步实现信息化管理.因此,广泛使用计算机,采用以管理会计为核心的企业资源信息系统ERP,以供应链管理为核心的SCM,以生产管理为主的iVIES系统成为必然.目前,公司各生产车间已经配置了计算机,但急需开发出全公司联网运行的半成品,在产品管理系统软
16、件.只有开发出了软件后,才能实现由各生产车间将每日数据输入计算机,生产,销售,供应等部门随时可查半成品,在产品的在线和积压情况.及时处理积压品和调整生产计划.实现半成品,在产品由静态管理转变为动态管理,提高资金使用效率,从而提高企业盈利能力.因此,攀长钢公司今后的库存管理,不可依赖过去保守的管理手段,不能片面追求效率化,而必须导入革新的力针,需要实现统一化,综合化,管理化,信息化,与现代物流发展相适应的科学的库存管理是保证现代物流目标得以实现的重要保证.7结论(1)综合分析了特钢企业现有半成品,在产品等库存方式的弊病和漏洞,从管理观念,管理结构,管理制度和管理技术四个方面提出存在的问题,并对采
17、取的相关措施进行了介绍和评介.(2)结合钢铁企业信息化的趋势,提出了库存发展的变革方向为统一化,综合化,管理化,信息化以及与现代物流发展相适应的科学的库存管理.参考文献1王翠萍.浅析企业库存控制J.铜业工程,2OO6,2【2汪云华.库存管理在现代物流中面临的新课题【J.中回西部科技.2005.2(上接第48页)(3)由于在冶炼时电弧稳定且三相功率平衡较好,故炉衬烧损均匀,寿命延长.从2004年平均4l炉/月上升到2006年平均52炉/月.l0t电炉年产钢量约21000t,按60%的作业率,以每度电费0.4元,每千克石墨电极价格l0元计,则应用PLC控制电极自动调节控制系统后,单台10t电炉每年节电及节省石墨电极所产生的直接经济效益约50多万元.这其中还未计算冶炼时间和炉衬寿命提高所产生的经济效益.6结束语我公司原有电弧炉电极自动调节系统已经落后,通过改进采用了目前流行而又较先进的PC+微控制器(单片机)式调节器的PLC控制技术,设备运行后不仅故障率低,且控制精确,经济效率非常显着.从我们近两年来对电弧炉电极升降系统的PLC应用来看,已经基本收回当初的投资.技术改造非常成功.参考文献1李向东主编.电气控制与PLCM.北京:机械工业出版社2金龙国主编.可编程控制器原理及应用M.北京:中国水利水电出版社3】李树雄主编.PLC原理及应用M】.北京:j匕京航空航天大学出版社