【正文】 出。[14] 電弧爐控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件選型電弧爐控制所需的點數(shù)較多，設(shè)計使用當(dāng)前國內(nèi)最流行的操作站+控制站+分布式現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，PLC采用西門子S7300系列可編程控制器。硬件配置圖如圖31所示。系統(tǒng)所需硬件為：l主機(jī)架：UR0（6ES7 3001JA010AA0） l電源模塊：PS 307 2A（6ES7 3071BA000AA0） lCPU模塊：CPU 3152DP（6ES7 3152AF000AB0） lDI模塊：DI16xDC24V（6ES7 3211FH000AA0） lA0模塊：AO4x12Bit（6ES7 3325HD010AB0） 圖31 電弧爐控制系統(tǒng)硬件配置圖 電弧爐控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 變壓器保護(hù)系統(tǒng)變壓器保護(hù)包括過流、油溫過高、重瓦斯、輕瓦斯、有載開關(guān)重瓦斯、施壓器動作，2冷卻器全停、變壓器油位過低過高。并將這些實時狀態(tài)通過I/O輸入輸出端口送入PLC，實現(xiàn)PLC自動檢測與記錄，同時，PLC還檢測和記錄高壓操作斷路器的跳、合閘狀態(tài)。通過PLC軟件功能，油I/O輸入輸出端口發(fā)出事故音響預(yù)告、燈光預(yù)告指示和高壓跳閘。當(dāng)變壓器發(fā)生過流、重瓦斯、有載開關(guān)重瓦斯、總進(jìn)水壓力低，2冷卻器全停故障時，以及在爐體18 0傾體出鋼時，變壓器高壓斷路器跳閘繼電器動作，并作用于高壓操作斷路器跳閘回路，對變壓器進(jìn)行保護(hù)。變壓器保護(hù)高壓跳閘PLC軟件功能梯形圖32所示。PLC輸入端口原理如圖33所示。PLC輸出端口如原理圖34所示。 圖32 變壓器保護(hù)高壓跳閘圖33 PLC輸入I/O端口原理圖圖34 PLC輸出端口原理圖 液壓站控制液壓由3臺高壓油泵22KW；；1臺M7水泵3KW；1臺空氣壓縮機(jī)11KW；1儲液箱，1組50t電爐控制閥站；2個高壓儲能罐（1個氣罐，1個液罐，二者串接）及油路所組成。正常情況下，PLC自動控制高壓油泵（2開1備）將主油箱的工作油打入高壓蓄能罐。高壓卸荷及高壓罐投入工作全部自動控制。高壓蓄能罐有5個檔位的液位指示送入PLC系統(tǒng)，當(dāng)液壓系統(tǒng)過壓時（壓力超過54MPa）或液位到達(dá)E1時，高壓油泵卸荷；當(dāng)液位在E2～E1之間時（相當(dāng)于壓力在48MPa和52MPa之間），只有1臺高壓油泵工作；當(dāng)液位在E3～E2之間時（相當(dāng)于壓力在46MPa和48MPa之間時），2臺高壓油泵同時工作；當(dāng)液位下降至E4時，認(rèn)為液壓系統(tǒng)有泄露，此時，全部停泵，同時，電磁閥Y4得電，打開高壓蓄能罐打開閥，檢查油路故障。冷卻水泵和攪拌水泵分別用與主油箱油的冷卻和攪拌。攪拌泵為手動控制；冷卻泵為手動或自動兩種控制方式，當(dāng)主油箱溫度超過預(yù)先設(shè)定值T1時，則電接點溫度計接點閉合。自動啟動冷卻水泵循環(huán)冷卻工作油，當(dāng)主油箱溫度下降到低限值T2時自動停泵。M7水泵用于將儲液箱的回油打入主油箱，即可手動又可自動控制，當(dāng)儲液箱為高液位L3或主油箱未到達(dá)高液位L1時，自動啟動M7水泵，當(dāng)儲液箱為低液位L4或主油箱為高液位L1時，M7水泵自動停泵?？諌簷C(jī)控制分為手動和自動控制兩種方法。用于高壓蓄能罐的充氣，以保證高壓蓄能罐壓力充足。根據(jù)以上工作要求，可編制液壓站PLC控制3泵功能梯形圖（如圖35），PLC輸入端口接線原理圖（如圖3圖3圖3圖39），PLC輸出端口接線原理圖（如圖310）。 圖35 PLC控制3泵功能梯形圖圖36 PLC輸入端口接線原理圖1號泵過濾器堵塞2號泵過濾器堵塞3號泵過濾器堵塞冷卻泵過濾器堵塞電極升降油路過濾器堵塞電極升降油站過濾器堵塞1號泵壓力過高2號泵壓力過高3號泵壓力過高系統(tǒng)壓力過高伺服閥系統(tǒng)壓力過高伺服閥控制油壓力過高主油箱溫度高主油箱溫度低主油箱溫度過高圖37 PLC輸入端口接線原理圖38 PLC輸入端口接線原理圖高壓罐液位計觸點轉(zhuǎn)換繼電器 高壓管液位指示圖39 PLC輸入端口接線原理圖圖310 PLC輸出端口接線原理圖 爐體操作爐體操作動作過程及相關(guān)連鎖較為復(fù)雜。根據(jù)工藝要求，設(shè)計了完善的爐蓋升降，爐蓋旋轉(zhuǎn)（旋開70176。），A，B，C電極松開/夾緊，搖架水平支撐與撤除，搖架水平鎖定與撤除，旋轉(zhuǎn)架鎖定與撤除，爐體前傾（出鋼，傾斜0～18176。），爐體后傾（出渣，傾斜0～12176。），出鋼機(jī)構(gòu)開閉，爐門開閉等控制程序。由PLC控制液壓傳動系統(tǒng)閥塊開斷，帶動各油缸執(zhí)行以上各個部件的動作過程。圖311編制了電弧爐爐體操作部分軟件功能梯形圖，圖312所示為該部分PLC輸入端口原理圖，圖313所示為該部分PLC輸出端口原理圖。 圖311 電弧爐爐體操作部分軟件功能梯形圖圖 312 電弧爐爐體部分PLC輸入端口原理圖圖 313 電弧爐爐體操作部分PLC輸入端口原理圖圖 314 PLC輸出端口原理圖 水冷系統(tǒng)水冷系統(tǒng)由車間循環(huán)水泵站，水塔，循環(huán)水管路，回水箱Ⅰ、Ⅱ等組成。水冷系統(tǒng)入口接于車間循環(huán)水泵站，溫度不大于35176。的給水送至水塔和爐體水冷系統(tǒng)。并在入口處安裝電接點溫度計和壓力表。有節(jié)流閥限制給水流量為45m3／ｈ。給水管分兩個支路。一路送至爐蓋圈，水冷蓋，合金加料，旋轉(zhuǎn)架，水冷電纜，導(dǎo)電橫臂的水冷部件及噴淋管路。經(jīng)循環(huán)將回水送至回水箱Ⅰ，水箱下部與車間回水管路相接，并在此處安裝電接點溫度計，要求回水溫度不大于55℃?；厮洧?，Ⅱ上方各條回水管路上均安裝電接點溫度計，用于檢測電爐爐體各部件的溫度狀況。針對以上工藝，按要求設(shè)計了冷卻水失壓、流量不足、回水溫度過高等水冷事故報警控制程序。當(dāng)出現(xiàn)異常，發(fā)出音響和燈光警報。水冷系統(tǒng)的PLC軟件功能梯形圖如圖315所示。該部分的PLC輸入端口原理圖如圖316所示。圖315 水冷系統(tǒng)部分軟件功能梯形圖圖316 水冷系統(tǒng)PLC輸入端口原理圖 事故警報事故警報有燈光顯示和音響報警，燈光顯示包括變壓器事故、水冷事故、液壓事故、音響報警包括變壓器事故和水冷事故。其PLC軟件功能梯形圖如圖317所示。該部分輸出端口原理圖如圖318所示。 圖317 事故警報PLC部分軟件功能梯形圖圖318 事故警報PLC輸出端口原理圖 電弧爐控制系統(tǒng)程序的檢查和編譯電弧爐控制系統(tǒng)程序的仿真模擬采用西門子Step7 ，Step7是Siemens公司的編程軟件，西門子STEP7是用于SIMATIC S7300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語句表進(jìn)行編程操作。程序的檢查和編譯，首先在OB1模塊中建立編譯程序，打開PLC Siemens編譯器,下載程序，點擊在線調(diào)試，具體過程參照下圖319所示。 圖319（a）為打開PLCSIM圖圖319（b）變壓器保護(hù)部分調(diào)試圖開啟高壓操作斷路器處過流或者開啟變壓器輕瓦斯，變壓器事故報警；1泵、2泵同時開啟圖319（c）液壓控制系統(tǒng)部分調(diào)試圖 1泵、3泵啟動，此時1泵、3泵同時啟動，此時當(dāng)液位達(dá)到E3液位時，此時3泵同時啟動下達(dá)到E2液位沒有達(dá)到E3液位。圖319（d） 電路爐體操作部分調(diào)試圖當(dāng)自動信號給入時，同時爐蓋升信號給入，此時爐蓋自動升；當(dāng)手動信號給入時，同時爐蓋升信號給入，此時爐蓋手動升。當(dāng)定時器5秒延時后，在水冷事故信號存在的同時，事故總音響停止。參考文獻(xiàn)[1] . Billings, . Bo land , H. Nicholson. Electric Arc Furnace Modeling and Control[J].Automatic, 1979,9(7):3248.[2] , H. Nicholson. Dynamic Optimization of A Steelmaking Process in Electric Arc Furnace[J]. Automatic, 1970，8（6）:6784.[3] H. Nicholson. Online optimal control of arc impedance for electricarcfurnace model[J].IEE , 3,1973，6（4）：2432.[4] . Billings. TemperatureWeighting adaptive controller for electric arc furnace[J]. Iron making and steelmaking ,Vol. 4, 1977，11（7）：611[5] Manfred Hairs. New highperformance electric arc furnace concept[J]. Iron and Steel Engineer,Jul 1992，18（7）：511[6] 花皚，[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1987: 2931.[7] 王順晃，[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1995:3678.[8] 沈才芳，孫社成,[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.[9] 花凱，[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.[10][M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990.[11]邱紹岐，[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.[12], land and arc furnace modeling and control[J].Automatic,1979,15(4):137148.[13] optimal control of arc impedance for electricare furnace model[J].IEE,1973,3(8):365370.[14]陳勃紅，[M].沈陽：東北大學(xué)出版社，2001:5785.附錄變壓器保護(hù)： 液壓控制系統(tǒng)：爐體操作：水冷事故：事故報警：輸入、輸出點 I/O 設(shè)置一覽表共 76 頁 第 75