基于ControlLogix平臺的轉爐控制系統

彭志聰，童 悅

（1.江西瑞林電氣自動化有限公司，江西 南昌 330038；2.中色大冶有色金屬公司冶煉廠轉爐車間，湖北 黃石 435005）

1 概述

隨著大冶有色公司的不斷發展壯大，原有的大冶1#、4#轉爐已完全不能滿足日益增長的產能需求，且原有控制系統比較老，技術支持力度及備品備件的采購也存一定的問題。在環保意識已經深入人心和大力倡導節能降耗的社會浪潮下，大冶有色公司主動承擔社會責任，響應國家清潔生產的號召，對1#、4#轉爐及其控制系統進行了升級改造。

轉爐是對硫化銅精礦造锍熔煉產出的冰銅進行吹煉操作的冶金設備。轉爐的吹煉過程就是通過送風系統向爐內鼓入的空氣,熔劑加料系統向爐內加入的石英石熔劑和冰銅發生劇烈的氧化還原反應，將冰銅中的硫、鐵和其他雜質氧化除去,得到粗銅。銅锍吹煉通常分為造渣期和造銅期兩個階段，造渣期是通過熔劑加料系統加入的熔劑與冰銅反應，生成主要含Cu2S 的白锍并去除銅锍中的鐵和其它雜質。在造渣末期，進行篩爐，即所謂凈渣操作，轉爐吹煉產生的轉爐渣全部返回沉降電爐，回收有價金屬；造銅期是通過繼續吹煉除去锍中的硫，生成含銅98%以上的粗銅并使貴金屬元素富集。為了使吹煉溫度控制在1150℃～1250℃，通常會通過渣包往爐內添加一些冷料。

2 系統簡介

轉爐生產工藝復雜，被控對象多，各種電氣、儀表參數關聯密切,聯鎖復雜，對其控制系統的快速性、安全性、可靠性提出了非常高的要求。為此，大冶1#、4#轉爐的自動控制系統我們選用了美國Rockwell公司的ControlLogix控制系統，該系統將參數檢測回路控制與邏輯控制、順序控制的功能有機地結合在一起，提供邏輯控制、順序控制、過程控制、傳動及運動控制的統一控制平臺，是面向工廠自動化的新一代開放式控制系統。

系統的硬件選用了以1756-L61為控制器的ControlLogix硬件系統，軟件采用了FactoryTalk View監控平臺以及RSLogix5000編程軟件等。增強型冗余系統的網絡拓撲圖如圖1所示。

圖1 4#轉爐控制系統配置圖

3 系統控制功能的實現

3.1 增強型冗余控制系統的配置

搭建一套冗余系統在硬件和軟件配置方面有很高的要求。在硬件配置方面，主從冗余機架在硬件上必須完全一致。例如：主機架是7槽，則從機架也必須是7槽，機架上插入的模塊型號必須相同且所插的槽位也必須一致。但是主從機架上不能有I/O模塊。

在軟件方面來講，主從機架上所插入的模塊固件版本號必須一致，而且機架上各模塊之間的版本號也必須相互匹配（可通過ControlFlash更改模塊的固件版本）。主從機架上的1756-CN2R模塊的物理節點號要設成網絡中的最高節點號，且兩個機架上的節點號必須一致（即兩個模塊的撥碼開關必須一致），而且主從機架上的1756-EN2T模塊的IP地址必須一致。

主從機架上的1756-RM冗余模塊通過冗余光纖進行連接，搭建好冗余系統后，先上電源的冗余機架為主機架，待主機架啟動完成后再上電源的機架為從機架，等到系統正常工作后，主從控制器通過冗余模塊進行運行程序和數據的同步。同時從站的IP地址以及ControlNet網絡節點號會在主站對應地址的基礎上自動加一。

一旦主機架上的控制器模塊、1756-CN2R模塊、1756-EN2T模塊或機架供電出現異常情況，系統將無擾切換到從機架，從站的IP地址以及ControlNet網絡節點號與主站進行交換。保證了系統的安全穩定運行，同時在監控界面上作出相應的故障指示，提醒維護人員及時進行相應的處理。

3.2 主要控制功能

在實際生產中，1#、4#轉爐分別使用獨立的冗余控制系統，主要實現對以下子項的控制：①轉爐本體驅動；②送風系統；③熔劑加料系統；④環境集煙系統；⑤鍋爐給水系統。

轉爐的本體驅動分為交流電機驅動和直流事故電機驅動。可以通過切換控制室操作臺、爐前操作箱或者機旁操作箱上對應的轉換開關位置來控制轉爐交流主電機的正轉（傾爐）、反轉（回爐）、停止操作。且按下任何一處的急停按鈕都可以使轉爐緊急停止。轉爐的傾爐、回爐操作與爐體的角度有重要的聯鎖關系，同時送風閥、放空閥、鐘罩閥、密封小車、防火門、擋灰板也會參與相應的聯鎖控制。爐體的角度是風口與極坐標軸的夾角，如圖2所示。

圖2 轉爐的爐位示意圖

3.2.1轉爐傾爐聯鎖控制

將控制室操作臺上的轉爐操作模式轉換開關選擇在作業模式，在爐體處于吹煉位置轉換搖爐開關進行傾爐動作時，密封小車自動提升，同時轉爐進行傾爐操作，當爐體角度到達45°時，放空閥自動打開至全開位置后自動關閉送風閥至全關位置（并在組態界面彈出送風閥關閉窗口，提示操作人員不能進行回爐誤操作），鐘罩閥自動下降到最低位置。等待密封小車已提升到位，則轉爐可繼續做傾爐動作，直到到達60°安全確認位置停止轉動，此時需要將搖爐開關進行回零位操作，才能繼續傾爐操作，再次轉換搖爐開關進行傾爐操作時，最大可到140°傾爐極限位的位置停止。

3.2.2 轉爐回爐聯鎖控制

將控制室操作臺上的轉爐操作模式轉換開關選擇在作業模式，在爐體處于安全位置轉換搖爐開關進行回爐動作時，回爐到預設的回爐準許爐位時停止，送風閥自動打開至全開位置后放空閥自動關閉直到全關位置，等待轉爐爐前送風壓力和送風流量滿足工藝設定值時，轉爐繼續進行回爐動作，在零位（即到達轉爐吹煉位置）自動停止。密封小車自動下降到最低位置，鐘罩閥自動提升到最高位置。若需繼續回爐，必須將搖爐開關進行回零位操作后方可進行回爐操作，最大回爐位置為-20°回爐極限位。

3.2.3 交流電機事故傾轉

控制室操作臺上的轉爐操作模式開關選擇為作業模式，當爐體角度小于40°時，以下條件只要有一項滿足時，交流電機驅動轉爐自動傾轉到55°的時候停止。同時其他聯鎖設備進行轉爐傾爐操作時對應的聯鎖動作。

（1）爐前風壓低。

（2）送風流量低。

（3）送風閥沒有在開限位。

（4）放空閥沒有在關限位。

3.2.4 直流電機事故傾轉

控制室操作臺上的轉爐操作模式開關轉換到作業模式，直流電機事故傾轉轉換開關轉換到自動模式，直流電機轉換開關轉換到正常操作模式，當爐體角度小于40°時，以下條件只要有一項滿足時，直流電機驅動轉爐自動傾轉到40°的時候停止。同時其他聯鎖設備進行轉爐傾爐操作時對應的聯鎖動作。

（1）交流失壓。

（2）交流電機總故障（包含交流電機自動傾轉的所有條件）。（3）PLC故障。

3.2.5 防火門、擋灰板控制

當防火門、擋灰板的控制轉換開關選擇在集中位置時，當轉爐不在吹煉位（-20°～ +20°）或者轉爐正在傾爐或者回爐操作時，防火門、擋灰板自動打開至開限位；當轉爐在吹煉位且保持10秒沒有動作時，防火門、擋灰板自動關閉至關限位。

3.2.6 熔劑加料控制系統

當爐體位置處在通風眼位（-3°～+3°），熔劑加料皮帶、熔劑溜槽、氣動閘門的控制轉換開關全部轉換到集中位置，在上位機操作界面上設定好單次所需的熔劑加料量后，單擊熔劑加料啟動按鈕后，氣動閘門將自動提升到最高限位 → 熔劑溜槽將自動下降到最低限位 → 自動啟動加料皮帶。當點擊熔劑加料停止按鈕或者單次下料量達到設定值或者轉爐發生自動傾轉時，自動停止加料皮帶→ 熔劑溜槽將自動提升到限位 → 氣動閘門將自動下降到限位。

3.2.7 氧氣截止閥控制

當送風閥在全開位置，放空閥在全關位置，爐前風壓、爐前送風量滿足工藝條件值，且氧氣總管壓力大于爐前送風壓力時，氧氣截止閥自動打開，否則氧氣截止閥關閉。

3.2.8 收塵振打系統

按照設計要求，將收塵振打裝置分成了十二組。在聯鎖自動模式下，前一組振打結束，后一組間隔指定的時間后開始工作。在上位機操作界面上可以設置每組振打裝置的工作時間和停止時間，振打的工作時間及次數可根據鍋爐的排煙溫度來調整，當鍋爐的排煙溫度低于設計值時可適當減少振打的持續時間或延長兩次振打、捶打的時間間隔。反之，當鍋爐的排煙溫度高于設計值時可適當增加振打、捶打的持續時間或縮短兩次振打、捶打的時間間隔。并且每組振打裝置都可以實現遠程手動振打。

3.3 轉爐監控界面

圖3 轉爐監控界面

4 結語

大冶4#轉爐自2012年8月投入生產以來，生產穩定、正常、可靠，在很大程度上提高了生產效率，并實現了改造預期的清潔生產和節能降耗目標。