探索转炉智能炼钢供氧精准控制系统的开发及应用.docx

? ? 探索转炉智能炼钢供氧精准控制系统的开发及应用 ? ? Summary：随着我国经济的高速发展，我国各行各业也呈现出良好的发展趋势。长期以来，各氧气顶吹转炉的炼钢工艺为了追求高产量，比较习惯采用高氧压、大流量的冶炼吹氧方式。这种吹氧操作方式，在加速冶炼生产的同时，也给转炉生产带来了众多不利影响。 Keys：转炉；智能炼钢；供氧；精准控制系统 引言 随着炼钢生产工艺智能化技术的不断发展,炼钢厂老区对50t小转炉进行了智能化、自动化改造,实现了“一键式”炼钢。“一键式”炼钢是目前最先进的冶炼模式,它通过计算机自动控制冶炼过程,达到稳定操作、稳定生产节奏、稳定钢水成分、降低原料和能源消耗等效果。能否实现“一键式”炼钢,是衡量一个钢厂的工艺智能化水平、设备水平、管理水平的重要标志。在项目实施过程中,该厂认真学习当前国内外先进的控制技术,结合现场转炉实际情况,解决了一系列的工艺和自动化控制难题,成功实现了“一键式”智能化炼钢。本文重点介绍氧气流量智能化精准控制的研发过程。 1氧气流量控制的要求 改造前生产工艺及设备情况:生产工艺为手动调节氧压,相关设备主要包括氧压检测装置、氧气调节阀、快速切断阀等,开吹时通过转炉控制系统打开快速切断阀开始吹氧,根据氧压检测设备反馈的工作氧压,根据经验调节氧气调节阀的开度,实现氧压的调整,确定供氧时间的长短及供氧量。氧气来自外网管道,由于受厂区条件限制,在进入内网前无法实现氧压稳定,目前总管氧气压力波动范围在1.6MPa-2.1MPa。基础自动化设备采用西门子S7-400PLC,HMI为WinCC7.0。控制系统对氧气流量的要求:实现自动开氧,且开吹压力稳定,氧气流量在2s内稳定到模型设定流量;冶炼过程中,氧气流量控制稳定,避免出现扰动,控制“死区”量程<0.08%;控制系统灵敏度要高,对氧流模型的响应时间要<1s;控制系统要具备高可靠性,出现异常时要及时提枪、报警。 2改造设计技术方案 2.1改造思路 在现有的供氧条件下，为满足智能吹炼工艺对氧气流量的要求，设计采用两级调节系统。第一级采用压力调节系统，稳定总管氧气压力的波动，将氧气压力稳定调节至1.5MPa，解决氧压扰动对调节稳定性的影响；第二级采用流量调节系统，根据智能炼钢模型提供的瞬时氧气流量设定值，系统通过调整流量调节阀开度，实现实际流量的及时、准确跟踪，并将控制精度提升到工艺要求的范围内。由于压力调节阀和流量调节阀是串联在同根管道上，为避免相互影响，可采取如下措施解决。（1）压力调节阀预设初始开度。经过现场调试确定预设的初始开度，在系统上电或初始阶段，使用预设开度，设定值由初始值及自学习过程确定。（2）压力调节系统超调（当PV-SV＞GAP时，GAP为偏差上限设定值）。压力调节阀强制在预设的规定开度，其目的是为了减少压力波动对流量调节的扰动。 2.2氧气压力调节系统 氧气压力调节的目的是将总管氧压的波动消除，同时实现第一步降压，使压力稳定在1.5MPa。氧气压力调节装置包括设置在氧气输送管道上的氧气压力调节阀、压力调节阀后压力检测变送器、现场数据采集单元以及与之相连的PLC中央处理器。PLC利用采集到的检测数据自动计算控制氧气压力调节阀开度，将当前供氧压力调节至预设范围。PLC中采用PID控制算法计算压力调节阀开度，PID控制算法（比例-积分-微分控制）是目前在工业控制应用中常见的闭环反馈运算回路，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制有着原理简单、使用方便、适应性强的特点，在压力调节这种得不到精确数学模型的情况，系统控制器结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。 2.3氧气流量调节系统 氧气流量调节是本控制系统的核心，是实现流量精准控制的关键，目标是在经过稳压调节阀将压力稳定在1.5MPa，将瞬时流量快速稳定到模型设定流量，要求具备快速响应、无扰动、稳态精度高、可靠性高等特点。氧气流量调节装置包括设置在氧气稳压调节阀后的流量调节阀、流量调节阀后孔板式差压流量检测装置（配备稳压补偿）、现场数据采集单元以及与之相连的PLC中央处理器。PLC利用采集到的检测数据采用模糊自适应PID控制算法，自动计算控制氧气流量调节阀开度，以实现氧气流量精准控制。 3控制系统实际应用 3.1控制系统组成 本系统采用的控制器是西门子SIMATIC的S7-400PLC配合人机界面WinCC全集成基础自动化控制系统,功能强大,坚固耐用,环境适应性非常强。应用编程软件为STEP7,在编程、启动和服务方面有众多特点:如使用灵活,易于修改和维护;对功能块和通信处理器的参数设定方便快捷等。PID的操作控制界面是按照工艺设计要求设计的。氧气总管压力调节的PID控制分为手动和自动方式。在画面上点击自动/手动按钮时,可以选择控