炉前三大机之泥炮机控制系统的研究Word文件下载.doc
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首钢迁钢炼铁分厂3#高炉引进德国TMT公司的炉前三大机泥炮机、开口机、移盖机系统,应用此系统标志着首钢迁钢自动化炼铁技术又实现了一个新的突破。
在炉前TMT三大机自动化控制中,这套设备的工艺复杂、要求严格、安全系数高、连锁关系繁多、控制设备及网络复杂、自动化程度高,是一项较难消化吸收与应用的项目。
泥炮是高炉炉前最主要的设备,它主要负责关闭铁口。
泥炮现场工作环境恶劣,工作任务重要,所以它最主要的因素就是可靠性与安全性。
确保泥炮正常运行,是高炉正常生产的重要保障。
通过下图表示铁口是高炉是唯一出产品的地方,高炉内铁水和铁渣只能通过铁口排除,必须保证炉前设备正常工作,才能保证高炉正常运转。
图1炼铁高炉
Fig.1Blastfurnace
1炉前系统介绍
1.1一、二号炉炉前设备介绍
一、二号高炉采用通用的液压泥炮、开口机、凿岩机,手动操作液压阀控制炉前设备运转,无自动化检测和控制,三大机缺乏安全保证和操作依据,全凭经验操作,主观意识太强,所以设备故障率高,可靠性差。
控制框图及现场设备图如下:
炉前液压站
手动操作台
阀台
现场设备
图1控制框图
Fig.1control-menubox
图2现场设备
Fig.2localeequipment
1.2三炉炉前三大机系统介绍
三高炉炉前TMT系统采用西门子S7—400PLC控制,两套PLC通过DP网络进行数据交换,每套都由通讯模块IM460和两个IM461连接两个子站,两块功能模块FM451采集现场6个编码器的信号。
两个交换机把PLC数据上传到上位机和三高炉环网,上位用WinCC操作。
组成两套控制系统E10、E11和E20、E21,两套液压站,四套出铁场设备TM1、TM2、TM3和TM4,四套开口机雾化装置,四套泥炮机恒温装置。
现场设备都是由液压提供动力,自动化主要通过控制阀台的电磁阀、比例阀来控制液压驱动现场设备动作。
其中E10、E11电气自动化控制系统控制1#液压站,控制出铁场设备TM1、TM4及附属装备雾化装置和恒温装置;
E20、E21电气自动化控制系统控制2#液压站,控制出铁场设备TM2、TM3及附属装备雾化装置和恒温装置。
电气MCC柜为所有设备提供电源,包括液压泵电机、现场润滑泵电机供电、现场水泵电机供电和自动化控制系统供电。
自动化控制柜是TMT系统控制中心,负责采集现场信号、控制现场设备。
系统框图如下所示:
图3设备控制框图
Fig.3Devicecontrolblockdiagram
PLC1
PLC2
交
换
机
1
2
备用
三高炉主控室
以太网
DP网
多模光纤网
硬件组态网
HMI上位机1
HMI上位机2
进高炉环网
图4TMT网络图
Fig.5TMTnetworkdiagram
炉前TMT三大机有三种操作方式:
操作台操作、HMI操作、遥控器操作,每一种操作方式有三种操作模式:
正常模式、覆盖模式、安装模式。
正常模式:
此模式下操作是非常安全的,所有的机械动作都有连锁,机械的每一步动作必须按顺序操作到位,主要连锁都是通过现场的压力变送器和编码器来实现。
正常生产都用正常模式,这样能确保人身、设备的安全。
覆盖模式:
此模式已没机械连锁,所有的编码器都没连锁,但还有一部分压力变送器参与连锁,机械的每一步动作都是单独执行,且动作都变慢了。
这是一种非正常、不安全的操作模式,用于非正常操作设备。
安装模式:
这种模式不能用于生产,因为它的动作太慢,只用于设备的安装调试,此模式也没连锁。
操作台还有一种操作模式——紧急模式:
此模式不需PLC控制,所有的动作都是通过操作台按钮控制继电器和模拟信号发生器,这些设备直接控制液压阀。
所以这种模式没有连锁保互,一般用于紧急情况,如PLC停止或损坏,也可以用于设备的紧急撤回。
下图是TMT操作台、遥控器设备图:
图5。
TMT操作台、遥控器
Fig.5TMTmaindesk、romotecontrol
TMT采用的两套液压站输出压力最高315bar,为设备提供强大的动力,保证在堵铁口时,泥炮能快速旋转到铁口,有足够的动力保证泥炮打泥时不会跑泥和退炮(堵铁口时跑泥或退炮,可造成打泥压力和打泥量不足,造成铁口孔道内有积铁,造成下次开口机难度提供),保护炉门正常。
两套液压站互为备用,其中任何一套出现故障时,只要倒换几个液压手动阀,就能实现备用功能,提供炉前设备的稳定和可靠性。
下图是液压站和阀台设备图:
图6。
TMT液压站、阀台
Fig.6TMThydraulicsystem、valve
desk
1.3总结
炉前工作是一项非常重要而又有危险的活,而出铁口是炉缸最薄弱的部位,搞好炉门操作与维护是炉前的关键环节也是高炉生产的重要保证,炉内顺行的重中之重,只有炉门正常,才能保证炉内顺稳、不憋风、多下料。
炉前设备是完成炉前工作的重要设备,他们的稳定运行直接关系到高炉运行状况。
从上面的介绍就能知道,三炉采用的都是业界最先进的设备和技术,相比一、二炉的设备,三炉炉前设备加入自动化控制、先进的机器制造技术,对设备有一个质的飞跃,这样不但可以减少操作人员,还提高设备的稳定性及人身安全,最终可以提高铁水生产效率。
2泥炮功能与应用
2.1主要工作
此论文的重要意义就是通过学习和解读首钢迁钢3#高炉炉前TMT泥炮、开口机、移盖机自动控制系统、生产工艺及控制思想,研读德国TMT公司炉前三大机之泥炮机的基础自动化控制系统的程序,掌握其控制原理和思想,实现由初步的消化吸收,升级到能够自主进行炉前TMT三大机之泥炮机的自动化系统改造以及开发的目标。
2.2泥炮功能
炉前一共有四个出铁口,每个出铁口都有一套开口机、泥炮机、移盖机,泥炮的主要功能就是关闭高炉出铁口,防止出完铁水后喷出炉内焦炭以及矿物质。
下面介绍泥炮的主要参数和功能:
泥炮机工作参数:
机器运行液压压力:
315bar、打泥量:
0—300L、泥炮旋转角度范围:
1—147°
,泥炮还具有检测、实时显示和记录旋转压力、打泥压力、炮泥数量、打泥速度和其他参数的功能。
泥炮本身也有冷却/加热水系统、润滑系统等保护系统。
图7.泥炮
Fig7.ClayGun
2.2泥炮应用
泥炮主要作用就是在高炉某个铁口出完铁水时,把事先泥缸里填满的炮泥打入铁口中,在这个过程中HMI实时显示泥炮选择角度和记录泥炮打泥压力和打泥量,以便生产人员分析铁口状况。
下图是铁口切面图:
1-炉缸焦炭;
2-炉墙渣皮;
3-旧堵泥;
4-残存的炉堵砖;
5-出铁时泥包被渣铁侵蚀变化情况;
6-残存的炉底砖;
7-新堵泥
.
图8.出铁口
Fig8.Taphole
泥炮操作顺序:
1.操作泥炮时确保所有的设备都在初始状态(设备休息位置),液压站设备正常运行,输出油压在315bar,此时阀台泥炮机系统压力变送器显示315bar。
2.选择操作方式,操作台操作、遥控器操作、电脑操作,操作方式确认。
选取泥炮机操作,选取设备确认,现场信号指示红灯常亮。
3.泥炮准备就绪后,即可操作泥炮机向前旋转,先控制旋转压力先导阀打开,同时旋转比例阀控制按照程序设定开启,当编码器位置到达软接触点7572时(从休息位置到工作位置距离是8620,每次堵铁口时软接触点都是不一样的,它有一个自学习过程),开始控制旋转比例阀减速到压实到位。
当旋转编码器位置大于7500并且压实力(旋转向前压力)大于220bar,泥炮到工作位,此时比例阀开最大,保证泥炮在打泥时不会退炮。
4.当泥炮机压到位时,此时开始打泥,程序先开打泥先导阀,输出液压后再控制打泥比例阀,开始打泥堵铁口。
同时显示打泥数量、速度和打泥压力。
下图是打泥数量和打泥压力实时记录曲线。
图9.泥炮打泥压力、数量记录曲线
Fig9.Themudgunfightmudpressure,thenumberofrecordedcurve
3泥炮程序控制
泥炮的主要程序功能块,是控制泥炮的核心部件,包括泥炮的旋转、泥炮软接触、泥炮打泥、泥炮恒温柜控制、打泥计算等,下面解读一部分程序:
图10.泥炮主要程序块
Fig10。
hemainProgramblockofclaygun
FC150泥炮旋转功能块
转进:
当电源系统正常、液压系统正常并选择泥炮操作时,此时备用泵启动,和主泵一起输出压力315bar;
此时选中操作台或遥控器后泥炮允许操作(M150.0);
当操作员操作转进时,并且开口机在休息位、移盖机在休息位、开口机小车在休息位,以上条件满足时转进中间点M150.0得电,打开泥炮旋转先导阀(Q0.0);
此时如果泥炮转进未到减速点(编码器角度大于120°
减速,距离铁口300),泥炮比例阀会给出85%输出快速转进,当泥炮旋转角度大于减速点(到减速点后不再需要操作人员给转进操作,程序会保持转进状态)、并未到压实角度时,泥炮比例阀会给出40%输出慢速转进软接触铁口,到压实角度时泥炮比例阀会给出60%输出压实转进,当转进压力大于250bar两秒后,泥炮压实铁口,先导阀、比例阀输出保持,转进操作完毕。
转退:
此时选中操作台或遥控器后泥炮允许操作;
当操作员操作转退时,并且开口机在休息位、移盖机在休息位、开口机小车在休息位,以上条件满足时转进中间点M150.2得电,程序会给出-45%输出控制比例阀开度,泥炮快速转退,如果旋转距离已过减速点(<
=7200),程序会给出-20%控制比例阀输出,慢速转退。
当旋转距离小于300并延时5秒时,表明泥炮已退回到休息位置。
下图是泥炮的旋转速度控制曲线,蓝色线表示,从图中可以看出信号的变化都是缓和增减到设定值。
调节蓝色线的斜率和峰值就能控制机器移动速度,这就是TMT软接触的控制思想:
这是泥炮堵铁口的流程,在这个过程中泥炮的恒温柜一直在自动调节泥炮的体温,确保泥缸温度合适堵铁口。
下图为泥炮正常堵铁口的一些重要参数记录曲线:
图11。
泥炮旋转速度曲线
Fig11.TheClayGunrotationspeedcurve.
图12。
泥炮旋转速度控制功能块
Fig12.TheClayGunrotationspeedfunctional
controlblock
FC151泥炮软接触控制
在这段程序中主要是处理泥炮旋转编码器采集的数据,首先把编码器的数据0—8620转换为0—147°
的角度值放到DB52.DBW8中,在上位机设定的值都是跟DB150.DBD32(量程0—8620)中的数做计算。
每次堵铁口后,会把这次泥炮旋转的最后位置记录下来,已确定铁口泥套的位置,用于判断泥套是否正常。
泥炮最后位置还用于计算下次软接触点,确保每次堵铁口时泥炮以相同的速度撞击泥炮。
图13.泥炮工作点
Fig13。
Claygunworkpoint
FC152泥炮打泥
泥炮有打泥和装泥:
装泥都在泥炮处于休息位子用本按钮操作,这时别的操作方式都无法操作泥炮,打泥:
正常模式只有在泥炮在工作位即M151.0为1时(覆盖模式没有此连锁要求),在泥炮准备好,这时操作泥炮打泥,程序输出M152.0,泥炮打泥先到阀开Q0.2,比例阀输出开63%,当打泥压力大于310bar时,说明泥已全部打完活塞顶到头了,关闭程序。
退打泥活塞没有连锁,只要在泥炮本地操作或其他操作方式连锁,操作退打泥活塞,程序输出M152.1,泥炮打泥先到阀开Q0.2,比例阀输出开-60%,泥炮活塞退回,当推活塞压力大于280bar时,即活塞退到位,关闭程序。
FC153泥炮恒温控制系统
温度采集
PLC
PLC输出
气动调节阀
PID控制
HMI温度设定
恒温系统中循环水泵,在供电正常,操作台把恒温系统打开,只是水泵就允许。
现场采集泥炮循环水进口和出口两个PT100的温度点,用于PID控制,调节冷水和热水阀的开度来调节泥炮泥缸温度。
保证炮泥有合适的温度利于堵铁口。
下图是控制框图和程序主功能块
图14.恒温柜PID控制
Fig14。
temperaturecontrolbyPID
FC154计算泥炮打泥量
计算泥炮打泥量的主要思路是通过计算进入泥缸活塞缸的液压油的多少,从而得到打泥量。
现场液压油流量计安装在打泥活塞入口油管上,流量计瞬时流量输入点PIW518,程序转换成0—250L/min的瞬时打泥速度再做累加,最后计算得到0—400L的打泥量。
当泥炮压到位时,打泥开始就累加打泥量计数,同时显示、记录在历史趋势中,方便操作工实时掌握打入铁口的泥量,确保能正常堵铁口及分析炉门深浅。
只有当泥炮打泥活塞退到底时或者是下次堵口时泥炮正常模式向前选择到离开泥炮休息位置时立刻把记录打泥量清零,覆盖模式下,泥炮向前旋转直接清零,以便计算下次打泥量。
4泥炮HMI
TMT总画面,从下图可以清楚的看到整个TMT设备状态,包括液压站、开口机泥炮机、移盖机,同时还能显示各个设备的位置及操作模式,如下图:
图14.TMT操作画面图
HMIoftheTMT
4.1泥炮操作画面
从下图可以显示泥炮的所有状态及工作情况,记录重要历史参数,方便操作工掌握铁口状况和分析铁口深度、炮泥软硬情况,如下图:
图15.泥炮操作画面图
Fig15。
HMIoftheClaygun
参考文献:
[1]马竹梧.炼铁生产自动化技术.冶金工业出版社.2005
[2]马竹梧.国外钢铁工业自动化的进展及展望.冶金自动化.1997,21
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浙江大学出版社.1992,1-12
[4]Etzrod.TMT电气原理图、液压图.德国TMT公司2010,07,09
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- 炉前三大机 泥炮机 控制系统 研究