转炉控制系统的设计与调试

摘要

本文介绍了近10年投产的炉容在80至210吨转炉的典型控制系统，通过对转炉生产工艺需求的分析，总结现代转炉控制系统设计的思路和调试的要点。旧有控制系统已经不适应新时期转炉生产信息化的需求，本文从自动化系统硬件平台设计、转炉倾动系统电路设计、转炉控制系统的调试三个主要方面提出新的方案并进行详细阐述。
　　转炉自动化系统硬件平台通常采用PC、以太网、PLC与现场总线搭建其MES层和PCS层，比较典型的应用有西门子公司的以太网与PROFIBUS-DP方案，以及Rockwell公司的集成架构方案，分别应用于伊朗扎兰德综合炼钢厂、迁安燕山钢铁厂、青岛钢铁厂等已投产的项目中。通过对这两种典型方案研究，发现其基本满足了过去10年炼钢生产在自动化层的需求。但PCS层采用现场总线的转炉控制系统，具有总线的带宽较低、网络拓扑单一、对现场HMI支持较差等固有缺点，本次研究对这些缺点进行分析，设计了一套基于PROFINET IO系统的方案。新方案具有工业以太网的特征，具有更好的开放性，更强的信息收集能力，更强壮的网络拓扑，更好的扩展性和兼容性。其不仅可以满足转炉自动化层的需求，而且提供了信息化硬件平台。
　　本文通过对倾动电机数学模型、矢量控制原理及多电机主从控制原理的研究，设计了一套基于西门子SINAMICS S120新型变频器的典型电气设备设计图。电路设计实现了柜面操作模式，以提供除网络控制外的应急操作；提供了变频器和PLC共同控制的抱闸和冷却风机电路，使倾动抱闸控制更为灵活。
　　本文针对转炉控制系统PLC和传动两个方面的调试要点做出总结。以SINAMICS S120变频器为例介绍了矢量控制方式下变频器调试的过程和变频器各功能模块的设置。介绍了转炉力矩估计的方法，通过在全正力矩下单阶跃给定和正负力矩下多阶跃给定来改善转炉倾动的动态响应。介绍了发出倾动指令与松开抱闸时PLC指令和变频器相互配合的控制方法，以及倾动停止闭合抱闸时PLC指令和变频器相互配合的控制方法。最后分析了制动电阻对倾动变频器能量回馈的影响。
　　通过本次研究，总结了旧有转炉控制系统设计方案存在的问题，提出了信息化转炉的新方案。总结了调试过程中的要点，对未来转炉炼钢工程提供了有益的参考。

目录

声明

1 引言

1.1 转炉炼钢工艺

1.2 现代转炉控制系统发展方向

1.3 本次研究的主要工作

2 控制系统需求分析

2.1工艺与供配电系统对控制系统的影响

2.2控制系统设计的目标

3 自动化系统硬件平台设计

3.1 概述

3.2 以太网与PROFIBUS-DP方案

3.3集成架构方案

3.4 PROFINET IO方案

3.5 本章小结

4 转炉倾动系统电路设计

4.1 概述

4.2控制原理

4.3 倾动电机典型电气设备设计

4.4 本章小结

5 转炉控制系统的调试

5.1 转炉倾动特性分析

5.2 变频器的调试与参数设置

5.3 倾动与抱闸控制

6 结语

6.1 全文总结

6.2 对未来的展望

参考文献

附录A 基于SINAMICS S120变频器的转炉倾动电路图

在学研究成果

致谢