煉鋼廠轉爐儀表自動化系統概述―、轉爐本體儀表主要包括1、2、3#轉爐本體頂吹氧氣系統、濺渣氮氣系統、鋼水罐底吹系統、轉爐設備冷卻水系統、轉爐平臺CO監測系統、能源測量系統及轉爐二次除塵擋風門等的儀表控制。本系統與其它系統有關的連鎖信號通過網絡通訊完成數據交換。本體儀表系統由一個PLC柜（7PLC控制柜）和1個端子柜組成。現場來的電纜先接入端子柜，再由端子柜接至NO.7PLC柜。（1） 轉爐頂吹氧氣系統轉爐頂吹系統主要由氧槍、供氧管路、冷卻水管路組成。轉爐頂吹氧氣系統主要控制設備如下：1） 氧槍兩套，一用一備2） 調節閥3套3） 切斷閥3套（2） 濺渣護爐用氮氣系統轉爐濺渣系統主要控制設備如下：1） 調節閥2套2） 切斷閥3套（3） 轉爐氧槍冷卻水系統氧槍供水系統為氧槍冷卻提供冷卻水，當1#（2#）氧槍在工作位時，切斷閥打開，當進出水流量偏差大于5噸或，氧槍切斷閥關閉。轉爐設備冷卻水系統主要控制設備如下：切斷閥4套（4） 鋼水罐底吹系統1） 調節閥2套2） 切斷閥2套（5） 轉爐平臺CO監測系統（6） 二次除塵擋風門控制系統調節閥2套二、轉爐底吹系統（1）底吹閥門站主供氣管及減壓裝置底吹閥門站包含兩套獨立的減壓裝置；一個是氮氣減壓裝置，另一個是氬氣減壓裝置，每套裝置中包含如下設備：氣源減壓閥及過濾器，氣動閥帶開、關限位，手動截止閥，自力式調節閥，兩個壓力變送器及兩個壓力就地顯示表。該減壓裝置目的是將外網來的壓力高于1.5MPa的壓力穩定在1.2MPa左右，穩定后的壓力通過進氣管分送給八個支管，為防止供氣壓力及溫度帶給流量顯示的誤差，在共用進氣管上設有溫度與壓力指示，并參與流量補償。1?8吹攪流量支管底吹系統共包含8個流量支路，分別接于轉爐底部均勻分布的八個透氣磚上。每個流量支管分別包含如下設備：手動閥，旋渦流量計，壓力變送器，自力式旁通流量調節閥，流量調節閥，電動切斷閥，手動閥，壓力就地顯示表。旁通流量調節閥設定的目的是防止該支管堵塞，最小流量設定在12Nm3/h左右；而各支路流量將由PLC根據模型自動設定或由操作人員進行手動設定.若支路的流量＜5Nm3/h,同時該支管壓力＞0.95進氣總管壓力（P030_PV）則認為該支管堵塞，并發出報警信息。儀表供氣氣源來自本體儀表PLC,由該PLC集中顯示轉爐角度及位置來自轉爐氧槍及傾動PLC（2）工藝系統設備基本參數?各支管電動切斷閥XCV100?XCV800共8套設備配套：電動機參數AC220V8x23W；?各支管壓力變送器（8個）型號：3051TG3A2C21A04Q8M5P1檢測范圍：0?1.6MPa?進氣總管壓力變送器（1個）型號：3051TG3A2C21A04Q8M5P1檢測范圍：0?1.6MPa?總管壓力變送器（2個）型號：3051TG3A2C21A04Q8M5P1檢測范圍：0?2.5MPa?各支管流量變送器（8個）型號：DY015-EALBA2-0DM01T01L2檢測范圍：0?100Nm3/h輸出信號：4?20mA 通訊方式：HART通信帶液晶顯示器?總管自力式壓力調節閥（2個）型號：41-23生產廠家：SAMSON壓力設定范圍：0.8?1.6MPa控制范圍：1.2MPa?各支管旁路流量自力式調節閥（8個）型號：45-9生產廠家：SAMSON閥前壓力范圍：1.2MPa控制范圍：0?12Nm3/h?氮氣總管電磁切斷閥（1個）廠家配套：AC220V/氣關閥/開限位/關限位?氣動薄膜調節閥（8個）型號：300：01生產廠家：HORA配氣動薄膜執行機構，氣源壓力＞0.4MPa,配手輪、空氣過濾器、SIMENS智能型電氣閥門定位器，輸入信號4?20mA三、汽化冷卻系統120t轉爐汽化冷卻裝置系統組成：循環水系統、蒸汽系統、除氧給水系統、排污及疏放水系統、軟水系統、工業水冷卻系統、加藥系統、取樣系統、活動煙罩氮封系統、排汽系統。（1） 給水泵系統1） 給水泵出口支管壓力檢測、報警、聯鎖2） 給水泵出口母管壓力檢測3） 給水泵出口母管流量檢測（2） 低壓強制循環泵系統1） 低壓強制循環泵出口支管壓力檢測、報警、聯鎖2） 低壓強制循環泵出口母管流量檢測（3） 高壓強制循環泵系統1） 高壓強制循環泵出口支管壓力檢測、報警、聯鎖2） 高壓強制循環泵出口母管流量檢測3） 高壓強制循環泵出口支管流量檢測（4） 汽包系統1） 汽包本體水溫檢測與切斷閥控制及聯鎖2） 汽包本體蒸汽壓力檢測與切斷閥控制及聯鎖3） 汽包本體液位檢測與控制及報警聯鎖4） 汽包加熱蒸汽支管壓力檢測（5） 除氧器系統1） 除氧器本體水溫檢測與切斷閥控制及聯鎖2） 除氧器本體蒸汽壓力檢測與切斷閥控制及聯鎖3） 除氧器本體液位檢測與控制及報警聯鎖4） 除氧器加熱蒸汽支管壓力檢測5） 除氧器軟水支管壓力及流量檢測（6） 蓄熱器系統1） 蓄熱器蒸汽壓力檢測與報警2） 蓄熱器水溫檢測3） 蓄熱器水位檢測與報警4） 蓄熱器出口主蒸汽母管壓力檢測與控制（7） 工業水冷卻系統1） 氧槍口冷卻水回水壓力檢測2） 副槍口冷卻水回水壓力檢測3） 左下料口冷卻水回水壓力檢測4） 右下料口冷卻水回水壓力檢測5） 冷卻水給水水溫檢測6） 冷卻水回水水溫檢測四、副槍系統（1） 副槍系統的構成該系統采用的是由DANIELI-CORUS公司設計生產的，對冶煉過程中鋼水的溫度、含碳量、含氧量進行自動測量及自動取樣，并通過與靜、動態模型結合實現全自動煉鋼。副槍系統（圖1）包括4個主要組成部分：（1）一個旋轉平臺或一臺橫移小車，上面裝有一臺卷揚機，用于與平臺或小車相連的副槍體的升降；（2）一個帶有探頭貯箱的自動探頭安裝系統（圖2）,可確保探頭安全存放，可自動選擇探頭和將探頭自動裝到副槍體上；（3）裝在轉爐煙罩上或位于煙罩上方的設備，如一個副槍水冷插入口、一個密封罩和一臺清渣裝置;（4）電氣和儀表設備,如DIRC,一臺用于檢測結果記錄和解釋的計算機。計算機與可編程序邏輯控制器相連可作為轉爐操作控制室計算機系統的連接設備使用［3］。下面主要對副槍電氣和儀表設備的測量系統硬件組成、測量電氣控制系統、測量原理、系統軟件進行詳細闡述。副槍測量系統硬件組成副槍測量系統由DIRC5信號處理單元、DIRC5服務器、副槍系統PLC、測量探頭、探頭連接器等組成。其中DIRC5信號處理單元由模擬量輸入、高速A/D轉換、信號處理等組成。為保證系統精度,DIRC5系統配有一套校準裝置，完成系統的校驗。（2） 系統測量原理當副槍測量系統接收到來自PLC系統的啟動測量指令時，首先將測量探頭測得的模擬量信號通過模擬量輸入模板送到高精度模數轉換單元，然后進入信號處理單元，經過處理后的信號送到測量值顯示單元進行顯示。DIRC5的數據采樣周期為40ms，采集的數據包括鋼水溫度、結晶溫度（決定碳含量）、鋼水中的氧含量、熔池的液位。整個探頭的最長測量時間為24s。DIRC5信號處理單元是該系統的核心。當啟動信號評價程序后系統自動進行各個測量系統的評價,采用質量碼判斷給出測量值及精度。針對不同的測量信號,采用直接測量評價和間接測量評價兩種方式進行數據處理。直接測量評價對熔池中鋼水溫度、結晶溫度和鋼水中的氧含量信號采用直接測量評價的方式。下面以鋼水溫度為例進行說明，表1為熔池中鋼水溫度信號評價的質量碼定義。為了對測量結果進行評價，定義窗口由溫度偏差AT和時間組成，并將其分成6個時間段，對應7個采樣值,根據表1質量碼的定義對采樣值進行比較評價。利用質量碼規定的窗口，在整個采樣曲線上首先與質量碼1進行比較，如不相符,則使用質量碼2、3或4,重復這個過程;如果找不到相符的質量碼，則系統輸出測量無效。表1熔池中鋼水溫度信號評價質量碼定義TablelThedefinitionofthequalitycodeevaluationofthesteelbathtemperatureA7/t時間"采樣周期411.51.27345!.2T33,51.2T44,S!.270JF無效結晶溫度及鋼水中氧含量的信號評價原理與鋼水溫度類似，在此不再重復。間接測量評價對于副槍浸入深度，采用間接測量評價獲得。在吹煉結束時，使用TSO探頭進行測量，在測得熔池中鋼水溫度和熔池鋼水中氧含量的同時，通過信號評價系統可得到浸入深度。其原理是:當探頭以低速通過渣與鋼水的接合面時,溫度信號值和氧含量信號值將產生一個明顯的跳變，通過二者曲線跳變關系及信號測量評價，可以間接測量副槍探頭的浸入深度，浸入深度由質量碼判斷［5］。（3）系統軟件功能DIRC5系統的軟件由一系列功能模塊組成，如圖3所示。主要由主程序模塊、掃描模塊、測量模塊、數據顯示模塊、數據存儲模塊和通信模塊等組成。主程序模塊圖3軟件結構框圖Fig3Thesoftwarestructure主程序模塊創建和釋放緩沖存儲區，啟動、停止和監視DIRC5的整個處理過程。掃描模塊對系統的開關量和模擬量輸入信號進行掃描，掃描周期為40ms。測量模塊當副槍執行測量周期時，熔池溫度、結晶溫度、氧含量和副槍浸入深度通過測量模塊完成信息的處理。測量模塊由溫度計算、碳含量計算、氧含量計算、副槍浸入深度計算4個子模塊組成。數據存儲模塊DIRC5信號處理單元的所有數據都進入到通用存儲區。顯示模塊用于顯示存儲區里的數據。通信模塊完成兩個功能:其一,DIRC5系統與副槍PLC之間的通信，通信協議為ModBus;其二,DIRC5系統與DIRCPC的通信，通信協議為TCP/IP，該模塊由數據接收和數據發送兩個子模塊組成。副槍的常見硬件故障與處理方法如果在準備位副槍不能測試，但定碳定氧點來信號，需打開副槍連接體與連接件、連接線，用分段排查法找出故障點。可以校驗從39米到49米的6芯電纜，檢查插頭是否擰緊或是否卡偏；也要檢查是否為漏水造成，如果漏水需鉗工更換密封圈。如果探頭連上后只有一個連接信號，一般是螺旋導線或連接件進水，吹干或更換掉。這方面的例子很多，例如2005年3月9日9點10分1#爐副槍在連接TSC探頭時，結晶溫度點的信號連接不上，判斷線路故障，進行校線，發現其中有一根灰色線斷了，但斷頭處需分段查找。先查找49米、24米的接頭處，發現24米副槍體內接線插頭處有一根線脫焊，重新焊接后，連接TSC探頭信號正常。原因副槍連續使用率高，強振動使接線插頭處有一根線脫焊，信號中斷。所以當探頭連接后無測量信號，更換探頭連接器仍不行，一定要檢查49米接頭處，檢查螺旋線接口，探頭是否插到底。需結合程序軟件排除的故障如果副槍無法定碳，一般要檢查探頭連接是否正常，檢查副槍氮氣吹掃壓力也合理時，則要結合DIRC5服務器來排除故障了。例如2005年9月16日12：42時，操作工反映2#副槍在降槍過程中，槍體上的TSC探頭顯示無，到達爐內又出現。后查2#副槍漏水，從DIRC顯示來看，在降槍過程中，探頭信號已經故障，并且出現氧電勢的信號；5秒中后副槍復位循環開始，2秒后轉為緊急提槍，出現鋼絲繩張力波動，見圖2。圖2副槍故障分析曲線造成故障的原因，從操作程序分析，副槍在檢測不到探頭信號的情況下仍然可以進行復位循環，不會影響到副槍的動作，DIRC顯示復位循環正常，只是在提槍過程中轉成緊急模式了。副槍在鋼水內10秒鐘，不會燒壞槍體。副槍在插入爐內前可能已經開始漏水影響到探頭信號檢測，所以TSC探頭顯示時有時無。操作工和儀表人員反映2#副槍槍體經常彎，造成接插件的損耗大，副槍插入爐內的位置可能靠近爐口了。建議進行測量，生產工多注意檢查。需結合機械專業排除的故障副槍不是一個純粹的儀表自動化設備，它與機械專業結合非常緊密，有些問題單從儀表角度并不能找到真正原因。例如2005年3月22日13點10分1#轉爐副槍在下到爐內，準備測量時，副槍報欠張力故障，連鎖不能自動提槍，手動解鎖后提槍，加持器被燒毀。檢查副槍的稱重傳感器，阻值正常，而供橋電壓偏小（1.4v）信號（0.32mV），正常供橋電壓應在5V。更換稱重模塊后，供橋電壓正常，系統故障消除。運行試車，還有過、欠張力故障，檢查現場副槍運行情況，發現副槍機械定位小車滑輪壞，被經常卡住，所以報過、欠張力故障，通知檢修處理副槍小車。事故分析:根據副槍測量歷史記錄圖，推斷副槍在運行過程中撞到某東西或鋼絲繩被卡住。檢查現場副槍運行情況，發現副槍機械定位小車滑輪壞，被經常卡住，所以報過、欠張力故障。（5）副槍DIRC5系統校驗當出現無法排除的故障，而且找不出原因時也可以對副槍進行校驗，因為校驗也是保證系統精度可靠方法之一,DIRC5系統配有一套校準裝置，可以完成系統的校驗。首先進入副槍DIRC5系統的畫面，其中F1為燈測試鍵，F2為DIRC-5校驗鍵，F6是測試鍵，F7是副槍校驗鍵。然后按照以下步驟校驗：校驗工具是專用副槍校驗儀，接線時接輸出端。校驗線有六根：熔池溫度（紅、黑）；結晶溫度（灰、白）；氧含量（藍、黃）熔池溫度校驗過程：紅（+），黑（一）點F2進入校驗狀態，再點F3（BATH）進入熔池溫度校驗狀態。下限：在教驗儀上輸入1600°C點F6（low），等待直到最小處顯示1600°C左右。上限：在教驗儀上輸入1700C點F7（high），等待直到最大處顯示1700C左右。點F8保存并退出。結晶溫度校驗過程：灰（+），白（一）點F2進入校驗狀態，再點F4（SOLID）進入結晶溫度校驗狀態。下限：在教驗儀上輸入1450C點F6（low），等待直到最小處顯示1450C左右。上限：在教驗儀上輸入1550C