炼钢厂转炉仪表自动化系统概述一、转炉本体仪表主要包括1、2、3#转炉本体顶吹氧气系统、溅渣氮气系统、钢水罐底吹系统、转炉设备冷却水系统、转炉平台CO监测系统、能源测量系统及转炉二次除尘挡风门等的仪表控制。
本系统与其它系统有关的连锁信号通过网络通讯完成数据交换。
本体仪表系统由一个PLC柜（ 7PLC控制柜）和1个端子柜组成。
现场来的电缆先接入端子柜，再由端子柜接至NO.7 PLC 柜。
（1）转炉顶吹氧气系统转炉顶吹系统主要由氧枪、供氧管路、冷却水管路组成。
转炉顶吹氧气系统主要控制设备如下：1)氧枪两套，一用一备2)调节阀3套3)切断阀3套（2）溅渣护炉用氮气系统转炉溅渣系统主要控制设备如下：1)调节阀2套2)切断阀3套（3）转炉氧枪冷却水系统氧枪供水系统为氧枪冷却提供冷却水，当1#（2#）氧枪在工作位时，切断阀打开，当进出水流量偏差大于5吨或，氧枪切断阀关闭。
转炉设备冷却水系统主要控制设备如下：切断阀4套（4）钢水罐底吹系统1)调节阀2套2)切断阀2套（5）转炉平台CO监测系统（6）二次除尘挡风门控制系统调节阀2套二、转炉底吹系统（1）底吹阀门站●主供气管及减压装置底吹阀门站包含两套独立的减压装置；一个是氮气减压装置，另一个是氩气减压装置，每套装置中包含如下设备：气源减压阀及过滤器，气动阀带开、关限位，手动截止阀，自力式调节阀，两个压力变送器及两个压力就地显示表。
该减压装置目的是将外网来的压力高于1.5MPa的压力稳定在1.2MPa左右，稳定后的压力通过进气管分送给八个支管，为防止供气压力及温度带给流量显示的误差，在共用进气管上设有温度与压力指示，并参与流量补偿。
●1～8吹搅流量支管底吹系统共包含8个流量支路，分别接于转炉底部均匀分布的八个透气砖上。
每个流量支管分别包含如下设备：手动阀，旋涡流量计，压力变送器，自力式旁通流量调节阀，流量调节阀，电动切断阀，手动阀，压力就地显示表。
旁通流量调节阀设定的目的是防止该支管堵塞，最小流量设定在12Nm3/h左右；而各支路流量将由PLC根据模型自动设定或由操作人员进行手动设定.若支路的流量＜5Nm3/h，同时该支管压力＞0.95进气总管压力(P030_PV)则认为该支管堵塞，并发出报警信息。
●仪表供气气源来自本体仪表PLC，由该PLC集中显示●转炉角度及位置来自转炉氧枪及倾动PLC（2）工艺系统设备基本参数✧各支管电动切断阀XCV100～XCV800 共8套设备配套：电动机参数AC 220V 8x23W；✧各支管压力变送器（8个）型号：3051TG3A2C21AO4Q8M5P1 检测范围：0～1.6MPa✧进气总管压力变送器（1个）型号：3051TG3A2C21AO4Q8M5P1 检测范围：0～1.6MPa✧总管压力变送器（2个）型号：3051TG3A2C21AO4Q8M5P1 检测范围：0～2.5MPa✧各支管流量变送器（8个）型号：DY015-EALBA2-OD M01T01L2 检测范围：0～100Nm3/h输出信号：4～20mA 通讯方式：HART通信带液晶显示器✧总管自力式压力调节阀（2个）型号：41－23 生产厂家：SAMSON 压力设定范围：0.8～1.6MPa控制范围：1.2MPa✧各支管旁路流量自力式调节阀（8个）型号：45－9 生产厂家：SAMSON 阀前压力范围：1.2MPa 控制范围：0～12Nm3/h✧氮气总管电磁切断阀（1个）厂家配套：AC 220V/气关阀/开限位/关限位✧气动薄膜调节阀（8个）型号：300：01生产厂家：HORA 配气动薄膜执行机构，气源压力＞0.4MPa，配手轮、空气过滤器、SIMENS智能型电气阀门定位器，输入信号4～20mA三、汽化冷却系统120t转炉汽化冷却装置系统组成：循环水系统、蒸汽系统、除氧给水系统、排污及疏放水系统、软水系统、工业水冷却系统、加药系统、取样系统、活动烟罩氮封系统、排汽系统。
（1）给水泵系统1）给水泵出口支管压力检测、报警、联锁2）给水泵出口母管压力检测3）给水泵出口母管流量检测（2）低压强制循环泵系统1）低压强制循环泵出口支管压力检测、报警、联锁2）低压强制循环泵出口母管流量检测（3）高压强制循环泵系统1）高压强制循环泵出口支管压力检测、报警、联锁2）高压强制循环泵出口母管流量检测3）高压强制循环泵出口支管流量检测（4）汽包系统1）汽包本体水温检测与切断阀控制及联锁2）汽包本体蒸汽压力检测与切断阀控制及联锁3）汽包本体液位检测与控制及报警联锁4）汽包加热蒸汽支管压力检测（5）除氧器系统1）除氧器本体水温检测与切断阀控制及联锁2）除氧器本体蒸汽压力检测与切断阀控制及联锁3）除氧器本体液位检测与控制及报警联锁4）除氧器加热蒸汽支管压力检测5）除氧器软水支管压力及流量检测（6）蓄热器系统1）蓄热器蒸汽压力检测与报警2）蓄热器水温检测3）蓄热器水位检测与报警4）蓄热器出口主蒸汽母管压力检测与控制（7）工业水冷却系统1）氧枪口冷却水回水压力检测2）副枪口冷却水回水压力检测3）左下料口冷却水回水压力检测4）右下料口冷却水回水压力检测5）冷却水给水水温检测6）冷却水回水水温检测四、副枪系统（1）副枪系统的构成该系统采用的是由DANIELI-CORUS公司设计生产的, 对冶炼过程中钢水的温度、含碳量、含氧量进行自动测量及自动取样,并通过与静、动态模型结合实现全自动炼钢。
副枪系统(图1)包括4个主要组成部分:(1)一个旋转平台或一台横移小车,上面装有一台卷扬机,用于与平台或小车相连的副枪体的升降;(2)一个带有探头贮箱的自动探头安装系统(图2),可确保探头安全存放,可自动选择探头和将探头自动装到副枪体上;(3)装在转炉烟罩上或位于烟罩上方的设备,如一个副枪水冷插入口、一个密封罩和一台清渣装置;(4)电气和仪表设备,如DIRC,一台用于检测结果记录和解释的计算机。
计算机与可编程序逻辑控制器相连,可作为转炉操作控制室计算机系统的连接设备使用[3]。
下面主要对副枪电气和仪表设备的测量系统硬件组成、测量电气控制系统、测量原理、系统软件进行详细阐述。
副枪测量系统硬件组成副枪测量系统由DIRC5信号处理单元、DIRC 5服务器、副枪系统PLC、测量探头、探头连接器等组成。
其中DIRC 5信号处理单元由模拟量输入、高速A/D转换、信号处理等组成。
为保证系统精度,DIRC5系统配有一套校准装置,完成系统的校验。
（2）系统测量原理当副枪测量系统接收到来自PLC系统的启动测量指令时,首先将测量探头测得的模拟量信号通过模拟量输入模板送到高精度模数转换单元, 然后进入信号处理单元,经过处理后的信号送到测量值显示单元进行显示。
DIRC5的数据采样周期为40ms,采集的数据包括钢水温度、结晶温度(决定碳含量)、钢水中的氧含量、熔池的液位。
整个探头的最长测量时间为24s。
DIRC5信号处理单元是该系统的核心。
当启动信号评价程序后,系统自动进行各个测量系统的评价,采用质量码判断给出测量值及精度。
针对不同的测量信号,采用直接测量评价和间接测量评价两种方式进行数据处理。
直接测量评价对熔池中钢水温度、结晶温度和钢水中的氧含量信号采用直接测量评价的方式。
下面以钢水温度为例进行说明,表1为熔池中钢水温度信号评价的质量码定义。
为了对测量结果进行评价,定义窗口由温度偏差ΔT和时间组成,并将其分成6个时间段,对应7个采样值,根据表1质量码的定义对采样值进行比较评价。
利用质量码规定的窗口,在整个采样曲线上首先与质量码1进行比较,如不相符,则使用质量码2、3或4,重复这个过程;如果找不到相符的质量码,则系统输出测量无效。
表1 熔池中钢水温度信号评价质量码定义Table1The definition of the quality code evaluation of the steel bath temperature结晶温度及钢水中氧含量的信号评价原理与钢水温度类似,在此不再重复。
间接测量评价对于副枪浸入深度,采用间接测量评价获得。
在吹炼结束时,使用TSO 探头进行测量,在测得熔池中钢水温度和熔池钢水中氧含量的同时,通过信号评价系统可得到浸入深度。
其原理是:当探头以低速通过渣与钢水的接合面时,温度信号值和氧含量信号值将产生一个明显的跳变,通过二者曲线跳变关系及信号测量评价,可以间接测量副枪探头的浸入深度,浸入深度由质量码判断[5]。
（3）系统软件功能DIRC5系统的软件由一系列功能模块组成,如图3所示。
主要由主程序模块、扫描模块、测量模块、数据显示模块、数据存储模块和通信模块等组成。
图3 软件结构框图Fig3 The software structure主程序模块创建和释放缓冲存储区,启动、停止和监视DIRC5的整个处理过程。
扫描模块对系统的开关量和模拟量输入信号进行扫描,扫描周期为40ms。
测量模块当副枪执行测量周期时,熔池温度、结晶温度、氧含量和副枪浸入深度通过测量模块完成信息的处理。
测量模块由温度计算、碳含量计算、氧含量计算、副枪浸入深度计算4个子模块组成。
数据存储模块DIRC5信号处理单元的所有数据都进入到通用存储区。
显示模块用于显示存储区里的数据。
通信模块完成两个功能:其一,DIRC5系统与副枪PLC之间的通信,通信协议为ModBus;其二,DIRC5系统与DIRCPC的通信,通信协议为TCP/IP,该模块由数据接收和数据发送两个子模块组成。
（4）副枪的常见硬件故障与处理方法如果在准备位副枪不能测试，但定碳定氧点来信号，需打开副枪连接体与连接件、连接线，用分段排查法找出故障点。
可以校验从39米到49米的6芯电缆，检查插头是否拧紧或是否卡偏；也要检查是否为漏水造成，如果漏水需钳工更换密封圈。
如果探头连上后只有一个连接信号，一般是螺旋导线或连接件进水,吹干或更换掉。
这方面的例子很多，例如2005年3月9日9点10分1# 炉副枪在连接TSC探头时，结晶温度点的信号连接不上，判断线路故障，进行校线，发现其中有一根灰色线断了，但断头处需分段查找。
先查找49米、24米的接头处，发现24米副枪体内接线插头处有一根线脱焊，重新焊接后，连接TSC探头信号正常。
原因副枪连续使用率高，强振动使接线插头处有一根线脱焊，信号中断。
所以当探头连接后无测量信号，更换探头连接器仍不行，一定要检查49米接头处，检查螺旋线接口，探头是否插到底。
需结合程序软件排除的故障如果副枪无法定碳，一般要检查探头连接是否正常，检查副枪氮气吹扫压力也合理时，则要结合DIRC5服务器来排除故障了。
例如2005年9月16日12：42时，操作工反映2#副枪在降枪过程中，枪体上的TSC探头显示无，到达炉内又出现。
后查2#副枪漏水，从DIRC显示来看，在降枪过程中，探头信号已经故障，并且出现氧电势的信号；5秒中后副枪复位循环开始，2秒后转为紧急提枪，出现钢丝绳张力波动，见图2。