電渣爐冷卻水系統增設的冷卻水流量單回路調節控制方案

張宏偉

（山西百一機械設備制造有限公司，山西 太原 030003）

電渣爐主要采用的是電渣重熔技術。電渣重熔是利用電流通過熔渣時產生的電阻熱作為熱源進行熔煉的方法。電渣鋼錠的質量取決于合理的電渣重熔工藝和保證電渣工藝的設備條件。電渣爐冷卻水系統是整個重熔工藝過程中至關重要的一個環節，它直接影響著結晶器的溫度控制。本著節能降耗的原則冷卻水系統采用的是冷卻循環水。以往的工況控制單一：僅采用檢測冷卻水出口壓力一項，通過人機界面反映給操作員，現場手動調節閥門。由于采用的是冷卻循環水，當水質摻雜其他雜質時，會引起調節閥流量低，甚至堵塞現象，導致結晶器及水冷電纜溫度瞬間增大，嚴重時發生重大事故。為解決這一問題，特增設了冷卻水流量單回路調節控制方案。

1 現場硬件系統的改造

圖1是以往的工況條件。

圖1 以往的工況條件

由圖1可見，未進行冷卻水的流量信號采集以及閥門選型簡單，設計不足，容易出現以上描述的危險狀況。為此增加了差壓流量計的安設，對閥門選型也作了改進，由以前的手輪閥門改為帶定位器及手輪控制的調節閥。

1.1 變送器的選型

變送器的類型很多，譬如美國羅斯蒙特公司的3051C系列智能變送器，日本橫河儀表公司的Dphharp EJA系列，美國霍尼韋爾公司的ST3000/900系列全智能變送器以及德國西門子Sitrans P系列智能變送器等等。從實際情況考慮，選用了美國羅斯蒙特公司的3051C系列的差壓流量計，這系列的變送器使用壽命長、維護簡單、經濟實用。

1.2 調節閥的選型

調節閥種類也很多，閘閥、蝶閥、偏心旋轉閥、球閥等等，根據實際公司選擇使用了氣動式蝶閥，它的好處是閥阻力損失小、結構緊湊、壽命長，特別適用于大口徑、大流量和帶有懸浮漂流的場合。調節閥同樣選用的是美國羅斯蒙特公司的氣關式蝶型調節閥，便于使用和售后服務。調節閥是帶有閥門定位器附件的調節閥，同時帶有手輪（以便出現閥門卡塞時緊急手動開動閥門使用）。閥門定位器主要是將電流信號轉化為工業風控制大小，從而控制閥門的打開或者關閉程度，較人工手動開關閥門既方便，又易于調節具體大小，精度較高。

閥門定位器的作用圖見圖2。

圖2 氣動閥門定位器作用圖

根據實際工況的需要，通過對閥門定位器的控制可以方便、簡單地控制閥門的開度，從而完成工藝控制要求。

2 控制系統構成與功能

系統設計充分考慮了現場的強磁干擾，由工業控制計算機及液晶顯示屏作為上位機監控站，PLC作為下位機，構成一個二級監控系統。上位機系統采用西門子公司Wincc V6.0組態軟件開發，PLC系統采用西門子公司Step7 V5.3+SP2軟件開發。以PLC為核心的基礎檢測與控制級承擔 I/O點的過程邏輯控制、物理量采集以及故障診斷。上位管理監控機通過與PLC點對點通信設定控制策略,獲得實時數據,監視整個設備的運行狀態,以及重熔過程中各個量的變化趨勢、故障報警、生產與消耗報表等,幫助操作者及時和全面地完成各種操作。

新的方案主要是利用對現場流量信號采集傳輸給PLC，操作員在人機界面可以清楚地看到流量的數據變化從而進行操作改變，對現場調節閥的閥門開度進行調節，給出信號，實現現場調節閥的動作來改變冷卻循環水的流量變化。監控畫面見圖3。控制系統組成見圖4。

圖3 監控畫面

圖4 控制系統組成

PLC系統增設的控制信號如下：

（1）位于PLC柜模擬量輸入模塊（AI）實現如下信號采集：流量信號：經由變送器→配電器→PLC的A/D模塊（4～20 mA）。變送器安裝于調節閥處，配電器安裝于PLC柜。變送器電源由配電器加載于4～20 mA信號線提供。

（2）位于PLC開出模塊（DO）實現如下控制：PLC的D/A模塊（4～20 mA）→配電器→閥門定位器。

3 故障的檢測與排查處理

當流量信號發生報警時，可判斷是否為實際卡塞現象，進而對管路進行疏通。若為儀表問題，可使用購買時配帶的通訊器對儀表進行組態檢測，方便快捷。

閥門出現故障可分為兩種：一種是閥芯的卡塞現象，另外一種是閥門定位器的故障。若為閥體的問題，那需解決卡塞疏通；若為閥門定位器的問題，同樣可使用通訊器對閥門定位器的組態進行編輯查看，重新校正，解決故障問題。

4 結束語

運行結果表明，本方案可靠性高、運行穩定、易于操作和維修，能達到預期的各項工藝操作控制要求，特別是在控制冷卻水循環系統方面效果明顯，具有良好的經濟效益和安全控制生產水平。

[1]吳國熙.《調節閥使用與維修》.化學工業出版社，1999.

[2]朱炳興.《變送器選用與維護》.化學工業出版社，2001.

[3]張運剛，宋小春，郭武強.《西門子S7-300/400PLC技術與應用》.人民郵電出版社，2007.