智能主令控制器在轉爐氧槍控制中的應用

傳統的LK系列機械式有觸點的主令控制器，存在以下不可克服的缺點：故障率高，尤其是控制器的機械部分長期在惡劣環境下運轉而造成的機械運轉部分損壞而不能正常工作，易出現閉合時不導通、斷開時有粘連的情況，嚴重時造成不可控的惡性設備故障；精確度低，LK系列主令控制器靠一周內的凸輪運動而定位，速比換算的方式，對于十幾米到幾十米的被控設備的行程，會由于凸輪軌跡的極小偏差，造成被控設備定位較大距離的偏差。原石鋼轉爐煉鋼氧槍定位準確度低；調整時間長，特別是氧槍每次換鋼絲繩之后，由于鋼絲繩在使用周期內存在張力等變化因素，造成被控部分相對原始點，出現較大位移。需要對主令控制器的凸輪觸點進行適當調整，每次調整都需中斷生產，并且要反復調整多次才能到達理想位置，一般在十幾分鐘至半小時，而且執行此項工作的往往應是十分熟練的專業電工，所以降低了設備作業率。

石鋼轉爐氧槍智能主令控制器的選擇

石鋼煉鋼廠轉爐建于20世紀90年代，原設計能力出鋼量為30T。2003年暑期進行擴容改造達到50t，其氧槍為煉鋼的核心設備。原設計轉爐氧槍采用LK系列機械式主令控制器，擴容前氧槍控制嚴重制約產量提升，影響產品質量穩定；擴容后，矛盾更加突出，提高自動煉鋼及設備作業率成為重要課題。氧槍的運動為垂直升降裝置，全程運行距離為15.5m，從上至下8個關鍵控制點是:超上極限-上極限-上變速一待吹位一吹煉位-下變速下極限超下極限，這些點嚴格區分了氧槍的不同位置、運行區段、速度變換、工作狀態以及與其它設備的聯鎖，完全依靠主令控制器發出指令，所以要求控制器動作可靠，不能出現任何的誤動作和信號偏差，否則會發生氧槍定位偏差，嚴重時會造成重大設備事故(如極限保護失靈)。由于轉爐自動煉鋼的前提是氧槍位置指示必須準確可靠，基于以上諸多因素，石鋼煉鋼廠進行了反復專業論證后，決定對原氧槍及主令控制進行改造，最后選用了河南潛合自動化有限公司研制的ZNLK系列智能主令控制器，2004年10月對轉爐氧槍控制進行了改造并投入運行。經過一年多的實踐，證明本次改造達到了預期目的。

系統構成

石鋼轉爐氧槍智能主令控制系統(圖1)主要由控制單元、現場單元、連接電纜組成，控制單元由德國Siemens操作面板TD400、s7-200PlC(CPU224)、輸出繼電器、控制電源等組成，安裝在控制室；現場變送單元包括機座、傳動機構和8位絕對型旋轉編碼器，與受控設備傳動軸柔性連接，通過旋轉編碼器和連接電纜將現場位置信號送至控制單元，安裝在現場；控制單元和現場單元通過電纜實現點對點相連接，共同組成轉爐氧槍智能主令控制系統。

工作原理

氧槍升降運行時，其傳動機構同時旋轉并帶動編碼器一起工作，編碼器產生一系列位置碼并送到可編程序控制器(PLC)的輸入端，在PLC內部進行譯碼、累加等數學運算，同時與操作面板TD400中可調的設定參數相比較，共同構成智能化控制，在合適的位置發出相應的控制信號，從而達到準確控制氧槍的目的。

氧槍位置的計算:軟件設置一個“原點“，對應于氧槍實際位置的“超下極限“，為0點；距“超上極限“為1000個碼，氧槍全程運行30m，即每個點15500mm/1000=15.5mm，每次增加一個點，對應氧槍實際位置運行約為上升15.5mm，通過碼來準確計算氧槍的實時狀態位，下降狀態相反。調整氧槍位置只需通過TD400，改變相應的“原點“即可。

系統的優點

運行可靠

石鋼轉爐氧槍智能主令控制系統由先進、可靠的西門子可編程序控制器(PLC)與絕對型旋轉編碼器組成，通過旋轉編碼器產生的位置碼實現對氧槍位移的檢測，然后經PLC譯碼、運算、分析，產生不同的控制信號和各種保護輸出。其工作原理不同于機械式LK主令控制器；其設計思想是編程控制，用程序邏輯代替機械凸輪的動作，以無觸點代替有觸點，避免了許多機械故障，程序化控制是現代電氣自動化控制較為先進的發展方向，從而提高了主令控制器運行的可靠性。

PLC可支持寬范圍的電壓為AC85~264V，輸出帶載能力壽命可達1000萬次；具有超強記憶寫入功能，壽命為10萬次；支持遠距離控制，控制單元至現場單元遠達280m等高電氣性能參數。這些是機械式LK主令控制器不具備的。

響應速度快

該智能主令控制器由于采用可編程序進行控制，其響應速度非?？?，單條邏輯指令響應速度為2ns。

分辨率高

由于絕對位置編碼器能準確無誤、實時發出運行狀態信號，PLC能實時運算這些位置碼并發出相應指令，該智能主令控制器的分辨率可達到毫米級，能夠滿足氧槍的精確定位要求和精確限位控制。

調整方便迅速

操作面板TD400通過Step7進行編程組態，通過它可以實現與PLC的數據模塊實現通訊。所以，僅需對TD400進行面板操作，即可達到調整的目的，熟練的操作者只需1min即可完成。與機械式LK主令控制器相比(調整時間20min)可節約時間，減少勞動強度。

數字顯示功能

通過TD400與PLC實時的數據通訊，可以在控制室內在線觀察氧槍實際運行位置，為編程調試帶來極大的便利。

可在運行中調整

該主令控制器可在氧槍運行時隨時進行調整，對控制信號的輸出位置通過TD400操作面板進行微調。全數字顯示功能使氧槍運行期間能方便地從TD400操作面板上觀察出其所處的準確位置。

保護功能

轉爐氧槍智能主令控制系統支持口令設置功能，可以防止非專業技術人員隨意修改參數，保持系統運行的穩定性，具有良好的人機界面。

應用效果

石鋼轉爐氧槍控制系統采用智能主令控制器后，氧槍槍位高度控制可精確到1cm；氧槍更換鋼絲繩后，調整主令控制器時間縮短了19min，提高了鋼產量，穩定了質量，為轉爐完成生產任務打下了堅實基礎。