手机扫一扫

S7-300PLC与三菱FR-A740变频器在炼钢喂线机中的应用
发布日期:2014-08-27    
0
S7-300PLC与三菱FR-A740变频器在炼钢喂线机中的应用
李红杰,关瑞婷
(陕西龙门钢铁有限责任公司,陕西 韩城 715405 )
摘 要:喂线工艺要求自控系统具有良好的人机操作功能,对合金芯线传输速度的调节性能要求极其严格,以适应不同钢种的不同控制参数设置。由西门子PLC实现开关量、控制信号和喂线传输速度的检测采集及变频调速的方向控制,调速系统采用模拟量控制交流变频传动。本文通过对芯线传输速度的检测、计算,形成速度的负反馈闭环控制系统,以达到精良的调速控制性能。
关键词:喂线机;芯线传输速度;变频;负反馈;闭环控制
1 前言 
    在钢铁冶炼过程中,需要向钢包中加入各种脱氧剂、脱硫剂等添加剂。但由于钢水粘度大、钢包深、钢水表面漂有钢渣等原因,将包芯线均匀熔于钢水中一直是个难题。近几年,人们利用喂线技术较好地解决了这个难题。喂线技术是将各类添加剂卷入钢带中形成包芯线,通过喂线机将包芯线打入钢包中的一系列技术的总称。目前国内各大钢厂精炼炉钢包喂线机方案,均是采用简单仪表控制加人工操作方式。由于喂线长度和喂线速度与炼钢质量密切相关,而人工操作的喂线速度与喂线长度不易控制,经常造成产品质量不稳定,所以喂线机的喂线过程实现精准自动化控制是必然趋势。
2 钢包喂线技术简介
2.1钢包喂线技术定义
    钢包喂线技术是对炉前传统钢包投放法合金化的一大发展和改进,将合金包芯线或铁铝线通过喂线机,以合理的速度,准确的数量射入包钢液深处,并至距包底一定高度弥散,对钢液进行炉外精炼。该工艺在国内称为“射线法炉外精炼技术”。
2.2钢包喂线技术优点
    (1)钢包喂线工艺技术可改善钢水质量、增强钢水质量和钢水可浇性,可杜绝铸坯皮下气泡,同时钢水硫含量比不喂线钢水降低0.0025-0.0043%。
    (2)钢包喂线工艺技术可提高合金的回收率,在不同程度上不仅可以提高钙的回收率,而且硅的回收率可提高1.0-1.5%,减少合金用量。
    (3)钢包喂线工艺技术比传统的用合金块工艺可节约合金用量15-20kg/炉,用合金包芯线可降低成本10-20元/吨。
    (4)钢包喂线技术不仅可以节省合金,降低成本,而且使得合金吸收率高,脱氧效果好,提高钢水流动性,从而减少废品,改善钢水质量,并能在一定程度上改善钢的机械性能。
2.3钢包喂线技术工艺要求
    喂线技术的关键在于,针对不同合金芯线和钢种确定合理的喂线速度、喂线深度、喂线量、喂线位置、喂线时的钢水成分、渣况及氩气搅拌等条件。因此,喂线工艺要求自控系统具有良好的人机操作功能和喂线调速性能,以适应不同钢种的工艺参数功能。
3  龙钢钢包喂线技术
    目前龙钢1#-6#转炉均采用了钢包喂线技术,但由于生产厂家不同,各炉座喂线机控制方式各异。2#、3#、4#炉采用西门子TP170A触摸屏完成人机对话,实现对喂线速度、喂线长度的精确设定;1#、5#、6#炉及LF炉用10KΩ电位器调节喂线速度,用智能显示仪表设定喂线长度。这两种方式均可实现设定芯线长度、自动停止及喂线速度、钢水深度的良好控制,但由于环境、成本、备件、操作技能、操作维修人员素质等多方面因素影响,我认为应用智能显示仪表更符合龙钢实际状况。以下,结合炼钢新区5#、6#炉喂线机控制方式作一说明。
    炼钢新区5#、6#炉喂线工艺的实现流程及具体要求:钢水包由钢包车移动到喂线位置停止,喂线机导管由放置位下降至喂线状态(由于空间位置关系,5#、6#炉喂线机导管不进行升降,二者共用确定钢水包的喂线位置),随后控制喂线机对钢水包进行喂线操作;喂线工艺一般要求合金线于钢包的偏心位置(约偏离钢水包中心线200~300mm)垂直液面喂入钢水。对于不同成分的钢水,通过设置不同的喂线速度和喂线量,来实现科学合理的喂线,达到钢水成分的净化和精炼控制。而喂线速度一经确定,喂线深度便在一定程度上随之确定。喂线深度合适时,能使芯线与钢液充分反应,得到高度而稳定的收得率。如果喂线速度过低,芯线未进入钢液之前就有部分在渣中烧损;而喂线速度快,芯线进入钢液后不能完全溶解而聚集盘绕在钢水液面上则烧毁。为了能够实现合金芯线在钢水中一定深度熔化(一般距钢水液面2350~2500mm为宜),混匀,合金线中的钙质尽可能多地溶解于钢水中或与夹杂物接触反应,喂线速度一般应参考v=45h/t(经验公式,h为钢包内钢水液面高度,单位m)设定。
    在喂线工艺中,喂线速度至关重要:一是决定喂线处理过程能否取得预想结果的关键因素;二是当处理包的尺寸和所装入的钢水量一定时,一种包芯线只有一个最佳速度;三是喂线机在最佳速度条件下的有效工作时间越长,钙的利用率与效率越高。因此,控制系统应具有良好的速度设定界面和传动控制实现性能,尤其是传输速度的动态响应和稳定性。
4  S7-300PLC与三菱FR-A740变频器的引用
    为满足以上喂线工艺技术对合金芯线传输速度的调节性能的严格要求,系统采用西门子S7-300PLC模块,实现开关量主令信号、外接导管控制信号和喂线传输速度的检测采集及变频调速的方向控制,由正负10V10KΩ电位器接入三菱FR-A700变频器的电压给定回路上,配合以PLC开关量输出的正/反转控制信号,再通过对芯线传输速度的检测、计算,形成速度的负反馈闭环控制系统,达到精良的调速控制性能。该控制系统包含了开关量的逻辑连锁控制功能和模拟量输出变频调速并传输速度检测负反馈闭环控制功能,为双路独立控制钢包喂线。系统功能全面,性能优良,而且集成度高,尤其是作为负反馈闭环调速控制的喂线速度检测及其参与控制,不仅完成了性能优良的调速控制,而且实现成本大幅下降。
    喂线速度的闭环负反馈控制功能通过PLC系统数据处理信号及信号检测和三菱交流变频传动模拟量电压信号调节控制两部分实现。为了实现稳定的喂线传输速度和获得喂线传输长度(质量)的实际值,需要检测芯线传输的实际速度,作为负反馈信号与上位给定数据信号作比较,控制输出信号的大小。利用西门子S7-300PLCcpu模块支持一定的高度开关量信号输入(高速计数器输入速率20-200khz)的优势,在第三道传输轮从动轮的固定支架上装设开关型外设霍尔元件(传感器),由从动轮同轴检测凸轮片来检测从动轮的转速,经过一定的比例换算,即可得到合金芯传输速度,并且可以通过PLC程序设计,直接作为负反馈信号与给定值比较共同作用,控制输出信号及变频器给定信号大小。
    通过PLCcpu对设定喂线速度值和芯线传输速度检测到信号相比较,共同完成喂线速度的负反馈闭环控制,实现速度稳定且符合工艺技术要求的喂线操作。另一方面,将设定的喂线长度与喂线速度的时间累积作比较,直至二者之差为零,表明所设定的喂线长度已经全部传输完毕,此时即停止喂线。根据炼钢目前生产HRB335、HRB400、Q235等钢种经验,三菱变频器频率设定20-25HZ为宜。 
S7-300PLC与三菱FR-A740变频器在炼钢喂线机中的应用
S7-300PLC与三菱FR-A740变频器在炼钢喂线机中的应用
    该速度信号的检测机制,由PLC开关量模块结合计数/计算编程功能,完成了应由设定的速度传感器和模拟量输入输出模块共同完成的模拟量测控功能,而且可以直接参与决策控制,构成负反馈闭环控制,使系统的动态响应快速,调速传动性能优良。该类模拟量的测控机制具有普遍的实用
XML 地图 | Sitemap 地图