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1、冶金自动化2 0 0 6 年增刊( s 1 )V O D 真空泵控制系统熊勇( 宝山钢铁股份有限公司不锈钢分公司炼钢厂，上海2 9 0 4 3 1 )【摘要 介绍r 不锈钢精炼炉V O D 的控制系统，从系统硬件配置与软件设计两个方面介绍该控制系统的特点。对其核心设备真空泵系统的控制思想及实现方式进行了详细探讨，并结合现场调试过程遇到的难题及解决方法进行分析总结。 美键词】V O D ；A O D ；P L C ；P I D 调节；P m f i b u s - D P P A 现场总线O 前言V O D 炉用于对不锈钢进行精炼，在真空状态下进行吹氧脱碳，以达到目标成分和温度。它主要由真空系统
2、、盖车拧制系统、加料系统、除尘系统组成。本套真率控制系统无沦在控制设备上还是控制思想上都属于池界先进水平，在真空炉领域采用了具有高档性能的西门子$ 7 - 4 0 0P L C ，真空系统采用了灵活高效的4 级蒸汽喷射泵，高度自动化的人性化设计既满足了生产工艺对真空度的精确快速控制，又符合现代企业的绿色安全生产。 l 控制系统组成 V O D 控制系统采用阿门子S I M A T I CP c s 7 系统，系统配置如图1 所示。主要设备为2 台西门子4 1 6 - 3 D PP L C ，2 台数据库站O S 服务器( A O D V O D 共用且互为冗余) ，3 台操作站，2 台工程师站
3、E S 服务器( 与所有区域共用且互为冗余) 和相关网络设备组成，其中网络采用P R O F I B U S D P P A 现场总线，1 0 0 M b s 高速冗余工业以太网( 代P 口协 议) 以及M P I 网。其中2 台P I J C 控制站分别用于V O D 本体控制( 0 9 V X 0 1 ) 、V O D 投料控制( o g P x 0 1 ) 。 M P I 网主要用于对P L C 第1 次硬件配置表的下载。P L C 通过P r o f i b u c - D P P A 与各种、，F 变频控制器、智能M C C 、机电一体化产品、远程I O( g ；2 0 0 ) 及各
4、种智能仪表进行互相连接，向上则通过工业以太环网与2 台0 s 服务器和2 台E s 服务器相互连接。3 台操作站与服务器之间通过工业以太网通信。1 1 数据库站数据库站0 S 服务器作为桥梁将P L C 控制器与操作站连接起来。操作站通过网络直接调用数据库站0 S 服务器上的W i n C C 项目进行画面监视与操作。数据库站收集P L C 的各种实时数据并存储起来。操作站发出的指令通过数据库站传给P L C 控制站。1 2 工程师站工程师站珞服务器主要用于所有程序与厕面的编写和修改，把一些需要的信号点通过网络下载到对应的P L C 与0 5 服务器进行控制与监视。工程师站E s 服务器主要安
5、装的软件有W i n d o w sl g l “ i n c l S P 6 ，I n t e m e tE x p l o r e r5 0 ，P C A n y w h e m ，P c s 7 ，M PT CL Tm o d u l e s 等。其中P c s 7 软件包括S I M A T I Cs 7 ，W i n C C ，P D M ，N C MS 7 ，C F C ，S C F ，s 7 -S C L ，7 I k l l n o l o 坪c a lh i e r a r c h y ，I m p o r t E x p o r ta s s i s t a n t ，D
6、( ) C P R O 。P r o T o o l 和F a c e p l a t e s 等。1 3 控制站控制站采用的是两门子S 7 4 0 0 ，选用的C P U模板是4 1 6 3 D P ，通信模板为C P 4 4 3 1 。通过c P模板与以太网连接通过C P U 模板上的D P 口与P r o f i b u s 连接，V O D 本体控制P L C 主要是进行V O D真空系统控制、炉盖系统控制、底吹氩控制、真空漏斗控制、吹氧系统控制、钢包车控制、测温取样系统控制、喂丝控制、机器冷却水控制、布袋除尘控制等。V O D 原料P I E 主要是进行原料的存储、掭加、投料的控制。
7、 收稿口期 0 5 1 2 - 1 8 ； 修改稿收到日期 2 0 0 6 _ 0 厶1 7C 作者简介 熊勇( 1 9 7 9 - ) ，男期北通城人，助理工程师，主要执事炼钢自动化工作。3 1 6 冶金自动化2 0 0 6 年增刊( s 1 )圈1V O D 系统控制图1 4 操作站控制系统有3 台操作站，分别调用数据库站o s 服务器上的画面进行监视与控制。3 个操作站主要安装软件有W i n d o w sN T i n d S P 6 、h l t e m e tE x p l o v e r5 0 、W i n e ( ；等。登录操作站的用户按操作权限高低分为管理员级、工艺专家级、
8、操作工级。以相同川户名登录任何一台操作站卜的功能是相同的。这样就实现了操作站的冗余。画面不仅包括了现场设备的操作与运行状态、报警信息、趋势图与操作记录，还有过程控制系统经过模型运算出来的相关信息。1 5 通信通信系统采用的是工业以太网和P m f L b u s - D P网。工业以太网用于系统站之间的数据通信，服务器与操作站及P L C 连接的是工业以太阿。P L c与各种现场设备连接的P r o f i h u s - D P 网，利H J 开放的P r o f i b u s D P 现场总线实现现场信息采集。1 5 1 工业以太网1 P P工业以太网将西门子的P I E 与服务器连接起
9、来，这个网络连接了所有不锈钢区域( H M P 、E A F 、A O D 、V O D 、M e d i a ) 的P L C 与服务器，组成一个环肜的高速网络，实现数据的快速交换。通信协议使用T C P I P 协议。1 5 2l h o f i l m s - D P 网通过P r o f i b u s 网P L C 可以与各种、v F 变频控制器、智能M C C 、机电一体化产品、远程I O( g V 2 0 0 ) 及各种智能仪表进行互相连接，当这些智能设备用于防爆场所时可以选用D P P A 转换设备将P r o f i b u s D P 网转换成P r o f i b u s
10、 P A 网来连接这些设备。总的来说，D P 网用于一般场所，P A 网用于防爆等级较高的场所。2 控制过程钢包放置真宅炉内时，进行吹氩搅拌。净空测量完毕后，真李盖车移动到真空罐上方，降低真空盖直到真空罐完伞密闭。真空罐密封后，真空泵系统开始工作。随着压力的降低，脱碳过程开始。真空度达到2 0k P a ) ，氧枪移动到要求的位置，吹氧过程开始。通过底部三块多孔的透气砖供应氩气进行强制环流，以促进真空氧化。吹氧脱碳工艺有以下特征：吹氧脱硅、吹氧期的主脱碳段、吹氧期的动态脱碳段。在高真空下，l j P d , 于0 4k P a 的压力下，达到所谓的自由脱碳，然后结束整个脱碳过程。过程拧制系统从
11、废气分析系统接收必要的过程数据( 过程炉气中的一氧化碳、二氧化碳和氧气的实际含量) 经过工艺模型计算出相关的工艺数据供操作工参考。若操作工选用计算机3 1 7 冶金自动, 1 匕 2 0 0 6 年增刊( s 1 )模式的话，整个脱碳过程就完全通过过程控制系统的工艺模型精确控制。脱碳结束后，加入脱氧剂和精炼造渣剂。如果需要额外的脱硫过程，也需加入其它造渣剂( 如氧化钙和萤石) 。精炼渣形成后，进行真空工艺的铬回收处理。真空阶段结束时，真空泵系统停止工作，真空罐破真空。然后，真空泵连接到另一个真空罐系统，同时，真空盖移动到此真空罐上，进行另一炉次V O D 真空处理。第一个真率罐继续在大气条件下
12、，做大气微调处理。处理包括：温度和E M F 测量、取样，化学成分调整、钢水均匀化、喂丝操作、吹氲搅拌。在处理终点，氩气底吹停止，氩气自动断开连接，行车将钢包吊离真宅罐。 3 真空泵系统 不锈钢精炼炉V O D 的核心设备为真空采系统，如图2 所示。s l 为一级蒸汽喷射泵，S 2 为二级蒸汽喷射泵，依此类推。该系统为四级蒸汽喷射采，并配有冷凝器，各级喷射泵为串行布置。直联式水喷冷凝器和蒸汽冷凝器段问为串行连接，可除掉段内蒸汽，增加喷射泵后段的工作效率。蒸汽喷射泵第2 段配有针阀。在总蒸汽消耗量未增加的情况下，此阀有助于增加抽气容量。喷射泵各段运行于规定压力范围内。固2 真空泵系统工艺设备示意
13、固真空炉关闭后，真空系统连接至可移动弯管，则真空系统可以肩动。真空泵系统在现场操作台上不能操作，只能在操作站画面上操作。真空泵3 1 8 系统可进行计算机、自动和手动模式拧制。抽真空过程中，为了保持压力为预先设定的真空度，本系统配有带P I D 调节功能的真空控制阀以控制真空压力。真空处理结束时，执行“真空系统停止”命令，根据设备内实际压力，注入不同气体。当压力大于6 5k P a 时，因为真空罐及管道里有c 0 ，当c o含量大于1 3 时，这时若用空气来破真空会造成内部混合气体达到爆炸极限，这样会造成V O D 工位的严重损坏，所以这耐用氮气来破真空。当压力小于6 5I d a 时，真空罐
14、及管道里的C O 总量不高，所以可以用压缩空气来破真空。在现场凋试中，当我们使用氮气来破真率时，有时会使移动弯管上的密封圈顶出法兰面，因此，经过多次测试，做了如下改进：在真空罐内压力上升到8 5k P a 时，氮气补偿阀关闭，在该限位开关到了关闭位置时，若实际的真空度还足小于9 8k P a ，压缩空气补偿阀门打开，压缩空气补偿阔关闭的时问取决于真空罐内部压力，在罐内压力达到9 8I da 后，压缩宅气补偿阀仍然耍至少开启5m i n 。3 1 操作模式3 1 1 手动模式在手动模式下，所有驱动可分别进行启动和停止操作。所有阀可单独进行打开和关闭操作。为避免误操作或零部件损坏，苇要的连锁功能必
15、须保持。手动模式主要只用于调试和维护目的。3 1 2 自动模式自动模式下，先执行“预女“真守开始”命令，袋式除尘器的入口和出口盖打开，真空泵4 a 、4 b 段启动，进行预抽气以减少总的处弹时问。然后执行“处理开始”命令，所有冷凝器冷却水和蒸汽阀将根据设备内实际真空压力在适当时候自动打开和关闭。提供真空压力控制功能足为了保持炉内压力保持在设定值。在自动模式下，操作工输入真空压力设定值或选择压力曲线并操作“压力控制O N ”以启动压力控制系统。真空控制阀随之调整压力至所期望的设定值。操作工可以选择压力曲线( 曲线1 到5 ) ，这些曲线是按照压力时间格式进行预先定义的。真空系统的压力控制共分8步
16、，在F 标压力下保持所设定的时间就开始进行下一步的真卒压力控制。当自动执行到“真空系统停止”命令时，相应冷凝水阀与蒸汽阀关闭，同时根据设备内实际压力，注入不同气体。冶金自动化2 0 0 6 年增刊( S 1 )3 1 3 计算机模式在计算机模式下，真空系统的功能除了压力控制以外其它相同如自动模式下功能。只足计算机模式下的压力控制从过程控制系统L 2 级取得预先设定值。3 2 真空泵系统设备连锁在真空处理时，蒸汽放敞阀先关闭，随之打开蒸汽阀，然后根据预先选定的喷射模式进行相应真空泵的动作。停止真空处理时，先按一定顺序停止所有真空泵，然后关闭蒸汽总阀，最后打开放散阀。各级真空泵的启动和停止将基于以下的原则：四级真空泵先启动，然后才能启动三级真空泵，依此类推，直至启动一级真空泵时，除真空泵3 B 和4 B 外，其余真空泵全部投入使用。真空泵3 B 和4 B 只有在规定压力下，由操作工已明确选定了该真空泵时才会启动。相反，当要停止真空泵
