用PLC实现20t电弧炉自动控制
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修理与改造
文章编号：#/�!&## （ $!!/）!"0!!$!0!$
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用 !"# 实现 $%& 电弧炉自动控制
张俊亮 #，王利华 $，付莹莹 #，李丽云 #
（ #, 德州学院机电系，山东 德州
$+-!!! ； $, 莱钢特钢厂，山东
莱芜
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摘
要：介绍了 $!2 电弧炉的工艺及 345 自动控制系统的组成及控制方式，并详细介绍了炉的各种控制功能
分别输出 !31!4 或 !351!4 到伺服阀放大板，信号 经放大后控制伺服阀阀芯的上升或下降，伺服阀的 不同动作控制液压油路的不同流动方向，从而控制 电极的上升或下降。 （ 6）电极自动控制 在自动控制状态下，弧流、弧压信号分别经过 电流电量变送器和电压电量变送器转换成 "36!72 的信号到 2& 模块不同地址。经处理后，根据电炉 冶炼过程中的实时情况， 2’ 模块会输出不同信号 到伺服阀放大板，然后到伺服阀，以控制电极以不 同的速度上升或下降。另外，电极调节系统还设有 一备用伺服阀以增强电极调节的可靠性，工作 $ 备 用伺服阀之间的转换通过主操作台上的三个电极控 制 “ 工作 $ 备用”转换开关完成，根据转换开关输 送的开关量信号。经处理后， 2’ 模块会将模拟量 信号输送到工作伺服阀或备用伺服阀。由于只有一 个备用伺服阀，因此，三个电极控制中只能有一个 用备用阀。 （ #）电极调节参数调整 在主操作台上有六个按钮分别用来调整弧流 值、死区范围和灵敏度。六个按钮每按一下，发出 的信号会输送到 %& 模块中不同的位地址。经处理 后，弧流值、死区范围和灵敏度会变化，直至达到 设定范围的极限值。 系统投入运行至今稳定可靠，整套系统自动化 水平高，故障率低，电炉冶炼时间由改造前 取得了较好的经济效益。 1.!789 $ 炉变为 /!789 $ 炉， 参考文献：
:#;现代电气控制及 )*+ 应用技术 :C;0 北京航空航天大学出版
社， 6!!#0
收稿日期： 6!!(5!/561
#0 主站! 61
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的设计及实现。 关键词： 345 ；电弧炉；伺服阀 中图分类号： 67&"#,+ 文献标识码： 8
莱钢特钢厂第一炼钢车间 $!2 电弧炉是于 $!!$ 年经过对原有 #+2 电炉改造后正式投产的偏心底出 钢的电炉。电炉系统由炉体本体、电极调节部分、 液压站、高压开关柜和变压器组成。过程控制采用 电气、仪表和计算机三电一体化，提高了可靠性。 其中，自动控制系统全部采用西门子 9&0-!! 系列
修理与改造
主站 ! 主要完成电极手动和自动调节的控制， 另外还接收电极上下限位信号及主操作台上对弧流 值、电极调节区范围及灵敏度的修改。电极手动控 制是由主操作台上的三个电极升降操作开关控制， 操作开关的上摇或下摇分别给出一个开关量信号到
%& 模 块 上 不 同 的 位 地 址 。 经 处 理 后 ， 由 2’ 模 块
定和报警限位信息显示等功能， 具有很强的实时性。
$, 主站! 主站!主要完成炉体本体、高压停送电、变压
器换压、液压站等控制以及温度、压力、油位等信 号的采集及处理功能。 （ #）炉体倾动和炉盖旋转控制。炉体倾动控 制是通过炉前操作台上的操作开关左右摇动，分别 给 出 左 倾 * 右 倾 的 信 号 到 C< 模 块 ， 经 处 理 后 ， 由
DE 模块分别给出 !F#!G 或 !F0#!G 信号到比例阀
放大板，经比例阀放大板放大后，控制信号输送到 比例阀，通过控制比例阀的动作控制炉体的倾动。 炉盖旋转控制原理基本同炉体倾动一样，也是通过 控制比例阀的动作控制炉盖的旋转。 （ $）炉盖升降、炉体旋转锁定、水平支撑锁 定等控制。炉盖升降控制是由炉前操作台上的操作 开关发出升 * 降信号到 C< 模块，经处理后，由 CE
站与工程师站和操作 员站 之 间 通 过 ;3< 现 场总线完成数据通 信。自动控制系统构 成如图 # 所示。
工程师站
操作员站
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主站 " 主机架 扩展机
#, 工 程 师 站 与 操
作员站 在工程师站，完
345 完成。
电炉自动控制系统采用两台西门子 9&0-!!345 主站，其中主站!完成炉体本体、液压站、高压开 关柜、变压器的控制及各测量监控信号采集、传输 和报警；主站"主要完成电极调节控制，其配置主 接口模块及开关 要有主机架、 扩展机架、 电源、 53:、 量输入输出模块、模拟量输入输出模块；一台工程 师站完成系统的开发设计及修改优化；一台操作员 站完成生产过程监控并修改部分控制参数。两台主 ・ ##$ $%&’( ) * 年，电费 +,!+- " 万元 * 年。 可控硅励磁装置一次变压器的功率因数由用户 给出。 固态开关式励磁装置比可控硅励磁装置每台节 约能源和电费 "+,#.。 五、结论 综上所述，固态开关式同步电动机励磁装置是 一个高技术含量的高科技产品，其独创的技术处于 国内同类产品的领先地位，其可观的节能效果给企 业带来丰厚的经济效益，符合国家提出的建设节约 型社会和可持续发展的伟大战略构想。
中国） 有限公司 0<=>)-4(01 编程wk.baidu.com册 :?;0 :1;西门子（ 中国） 有限公司 0<=>)- @&ABB 4(0! 速成手册 :?;0 :6;西门子（
%& 模 块 ， 经 处 理 后 ， 由 %’ 模 块 输 出 开 关 量 信 号
经中间继电器后控制变压器换压继电器动作，从而 控制变压器升压或降压。由于变压器挡位不能循环 操作，因此在程序中加上了换压操作中挡位不能小 于最低压挡位，也不能大于最高压挡位的控制。 （ -）液压站基本控制。液压站中高压罐、主 液 箱 和 漏 液 箱 的 液 位 及 压 力 信 号 输 入 到 %& 模 块 ， 经处理后，决定是否由 %’ 模块输出信号，经中间 继电器控制高压泵、 回油泵、 空压机接触器的启动。 （ .）信号检测及控制联锁。为了保证电炉系 统安全运行， )*+ 对许多信号进行了采集并参与了 控制，包括：旋转锁定 $ 打开限位、水平支撑 $ 打开 限位、水平锁定 $ 打开限位、变压器温度、轻瓦斯 信号、重瓦斯信号、过流信号、断路器合闸 $ 分闸 信号等。当变压器温度过高、有轻瓦斯信号、有重 瓦斯信号和过流信号时，高压开关将分闸。 （ /）安全联锁及紧急处理。为保证电炉的安 全运行， )*+ 程序控制中必须有可靠的联锁控制。 在主操作台、炉前操作台、炉后操作盘上各安有一 个 “ 紧急停电按钮” ，当出现紧急情况时，按下此 按钮即可使高压开关柜分闸，并处于自锁状态。
收稿日期： $!!/0!$0!1
图#
自动控制系统图
成两台 345 主站的硬件组态、站址、地址的分配、 站间通信及用户程序的开发和调试工作。 操作员站采用研华工控机，监控软件是基于
(<=%1 操作系统的 9>?@2>A (>B55 画面监控组态软 件。 (>B55 实现生产过程的动态显示、 部分参数设
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模块输出信号经中间继电器控制炉盖升降电磁阀， 以控制炉盖的升降。其余的炉体支撑锁定及电极卡 头的控制原理同炉盖升降一样，它们的控制开关都 在炉前操作台上。 （ #）出钢车控制。出钢车控制是由炉前操作 台上的操作开关发出左 $ 右行的信号到 %& 模块，经 处理后，由 %’ 模块输出信号经中间继电器控制出 钢车电机接触器的吸合，从而控制钢包车的运行。 （ "）近控和远控。倾炉控制和出钢车控制除 了主控室炉前操作台上有控制开关外，在炉后操作 盘上还设有一套操作开关，两套开关之间的切换通 过操作炉前操作台上的“ 近控 $ 远控” 选择开关完成。 （ (）高压停送电控制。在主操作台有一钥匙 旋钮 输 出 停 $ 送 电 信 号 给 )*+ 的 %& 模 块 ， 经 处 理 后，由 %’ 模块输出经中间继电器控制高压开关柜 动作，完成高压停送电。 （ ,）变压器换压控制。在主操作台上有一个 转换开关控制变压器换压操作的地点是在主控室还 是在变压器室，另有两个按钮分别控制升压和降压 操作。升压或降压操作按钮发出的开关量信号输入 （ 1）电极手动控制
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摘
要：介绍了 $!2 电弧炉的工艺及 345 自动控制系统的组成及控制方式，并详细介绍了炉的各种控制功能
分别输出 !31!4 或 !351!4 到伺服阀放大板，信号 经放大后控制伺服阀阀芯的上升或下降，伺服阀的 不同动作控制液压油路的不同流动方向，从而控制 电极的上升或下降。 （ 6）电极自动控制 在自动控制状态下，弧流、弧压信号分别经过 电流电量变送器和电压电量变送器转换成 "36!72 的信号到 2& 模块不同地址。经处理后，根据电炉 冶炼过程中的实时情况， 2’ 模块会输出不同信号 到伺服阀放大板，然后到伺服阀，以控制电极以不 同的速度上升或下降。另外，电极调节系统还设有 一备用伺服阀以增强电极调节的可靠性，工作 $ 备 用伺服阀之间的转换通过主操作台上的三个电极控 制 “ 工作 $ 备用”转换开关完成，根据转换开关输 送的开关量信号。经处理后， 2’ 模块会将模拟量 信号输送到工作伺服阀或备用伺服阀。由于只有一 个备用伺服阀，因此，三个电极控制中只能有一个 用备用阀。 （ #）电极调节参数调整 在主操作台上有六个按钮分别用来调整弧流 值、死区范围和灵敏度。六个按钮每按一下，发出 的信号会输送到 %& 模块中不同的位地址。经处理 后，弧流值、死区范围和灵敏度会变化，直至达到 设定范围的极限值。 系统投入运行至今稳定可靠，整套系统自动化 水平高，故障率低，电炉冶炼时间由改造前 取得了较好的经济效益。 1.!789 $ 炉变为 /!789 $ 炉， 参考文献：
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莱钢特钢厂第一炼钢车间 $!2 电弧炉是于 $!!$ 年经过对原有 #+2 电炉改造后正式投产的偏心底出 钢的电炉。电炉系统由炉体本体、电极调节部分、 液压站、高压开关柜和变压器组成。过程控制采用 电气、仪表和计算机三电一体化，提高了可靠性。 其中，自动控制系统全部采用西门子 9&0-!! 系列
修理与改造
主站 ! 主要完成电极手动和自动调节的控制， 另外还接收电极上下限位信号及主操作台上对弧流 值、电极调节区范围及灵敏度的修改。电极手动控 制是由主操作台上的三个电极升降操作开关控制， 操作开关的上摇或下摇分别给出一个开关量信号到
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$, 主站! 主站!主要完成炉体本体、高压停送电、变压
器换压、液压站等控制以及温度、压力、油位等信 号的采集及处理功能。 （ #）炉体倾动和炉盖旋转控制。炉体倾动控 制是通过炉前操作台上的操作开关左右摇动，分别 给 出 左 倾 * 右 倾 的 信 号 到 C< 模 块 ， 经 处 理 后 ， 由
DE 模块分别给出 !F#!G 或 !F0#!G 信号到比例阀
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电炉自动控制系统采用两台西门子 9&0-!!345 主站，其中主站!完成炉体本体、液压站、高压开 关柜、变压器的控制及各测量监控信号采集、传输 和报警；主站"主要完成电极调节控制，其配置主 接口模块及开关 要有主机架、 扩展机架、 电源、 53:、 量输入输出模块、模拟量输入输出模块；一台工程 师站完成系统的开发设计及修改优化；一台操作员 站完成生产过程监控并修改部分控制参数。两台主 ・ ##$ $%&’( ) * 年，电费 +,!+- " 万元 * 年。 可控硅励磁装置一次变压器的功率因数由用户 给出。 固态开关式励磁装置比可控硅励磁装置每台节 约能源和电费 "+,#.。 五、结论 综上所述，固态开关式同步电动机励磁装置是 一个高技术含量的高科技产品，其独创的技术处于 国内同类产品的领先地位，其可观的节能效果给企 业带来丰厚的经济效益，符合国家提出的建设节约 型社会和可持续发展的伟大战略构想。
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%& 模 块 ， 经 处 理 后 ， 由 %’ 模 块 输 出 开 关 量 信 号
经中间继电器后控制变压器换压继电器动作，从而 控制变压器升压或降压。由于变压器挡位不能循环 操作，因此在程序中加上了换压操作中挡位不能小 于最低压挡位，也不能大于最高压挡位的控制。 （ -）液压站基本控制。液压站中高压罐、主 液 箱 和 漏 液 箱 的 液 位 及 压 力 信 号 输 入 到 %& 模 块 ， 经处理后，决定是否由 %’ 模块输出信号，经中间 继电器控制高压泵、 回油泵、 空压机接触器的启动。 （ .）信号检测及控制联锁。为了保证电炉系 统安全运行， )*+ 对许多信号进行了采集并参与了 控制，包括：旋转锁定 $ 打开限位、水平支撑 $ 打开 限位、水平锁定 $ 打开限位、变压器温度、轻瓦斯 信号、重瓦斯信号、过流信号、断路器合闸 $ 分闸 信号等。当变压器温度过高、有轻瓦斯信号、有重 瓦斯信号和过流信号时，高压开关将分闸。 （ /）安全联锁及紧急处理。为保证电炉的安 全运行， )*+ 程序控制中必须有可靠的联锁控制。 在主操作台、炉前操作台、炉后操作盘上各安有一 个 “ 紧急停电按钮” ，当出现紧急情况时，按下此 按钮即可使高压开关柜分闸，并处于自锁状态。
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模块输出信号经中间继电器控制炉盖升降电磁阀， 以控制炉盖的升降。其余的炉体支撑锁定及电极卡 头的控制原理同炉盖升降一样，它们的控制开关都 在炉前操作台上。 （ #）出钢车控制。出钢车控制是由炉前操作 台上的操作开关发出左 $ 右行的信号到 %& 模块，经 处理后，由 %’ 模块输出信号经中间继电器控制出 钢车电机接触器的吸合，从而控制钢包车的运行。 （ "）近控和远控。倾炉控制和出钢车控制除 了主控室炉前操作台上有控制开关外，在炉后操作 盘上还设有一套操作开关，两套开关之间的切换通 过操作炉前操作台上的“ 近控 $ 远控” 选择开关完成。 （ (）高压停送电控制。在主操作台有一钥匙 旋钮 输 出 停 $ 送 电 信 号 给 )*+ 的 %& 模 块 ， 经 处 理 后，由 %’ 模块输出经中间继电器控制高压开关柜 动作，完成高压停送电。 （ ,）变压器换压控制。在主操作台上有一个 转换开关控制变压器换压操作的地点是在主控室还 是在变压器室，另有两个按钮分别控制升压和降压 操作。升压或降压操作按钮发出的开关量信号输入 （ 1）电极手动控制