PLC在電爐電極自動(dòng)升降控制中的應用

（提供： SIEMENS-西門(mén)子自動(dòng)化與驅動(dòng)集團PLC事業(yè)部 ） 【在線(xiàn)聯(lián)系作者】 
　　摘要：介紹S7-300可編程序控制器在電爐控制系統中的應用及電極升降控制的原理�！　　� 煉鋼電弧爐是將廢鋼或還原鐵裝入爐內，使之與三根人造石墨電極之間產(chǎn)生三相交流電弧，將爐料熔化并冶煉成鋼的爐子。本系統的電極升降是利用弧流的設定值與實(shí)際值比較差動(dòng)調節，當設定值大于實(shí)際值，電極下降，反之上升，最終達到平衡點(diǎn)進(jìn)行穩弧冶煉的過(guò)程。我公司16#電弧爐就是利用這一原理采用PLC自動(dòng)采樣、自動(dòng)控制電極升降，從而實(shí)現冶煉過(guò)程的自動(dòng)化�！　�1 PLC系統硬件配置　　　 如圖l所示．電源模塊總是安裝在機架的第一槽，CPU模塊安裝在第二槽。S7-300用背板總線(xiàn)將除電源模塊之外的各個(gè)模塊連接起來(lái)。背板總線(xiàn)集成在模塊上,模塊通過(guò)U形總線(xiàn)連接器連接,每個(gè)模塊都有一個(gè)總線(xiàn)連接器，插在各模塊的背后。安裝時(shí)先將總線(xiàn)連接器插在CPU模塊上．并固定在導軌上，然后依次裝入各個(gè)模塊。通過(guò)對CPU及DI、DO、AI、AO各模塊的組態(tài)，保證各開(kāi)關(guān)量的輸入、輸出控制及弧流、弧壓的采集，并通過(guò)模出控制電極升降�！　　　�
　　
　　2 PLC系統編程應用　　2.1 主程序結構　　　 系統主程序由OBl完成，如圖2所示�！　�
　　
　　　　　　 組織塊Obl:在選擇自動(dòng)檔位時(shí)調用FB3、FC1O、FCll、FCl2來(lái)自動(dòng)完成模入、模出、比較、PID調節等功能�！　　� 功能塊FCl:是來(lái)自三相弧流弧壓模數變換環(huán)節，由模擬量轉變成數字量�！　　� 功能塊FCl0、FCll、FCl2:用來(lái)限制實(shí)際弧流弧壓最大值、最小值是否運行在這個(gè)參數之間，如出現偏差及時(shí)保護�！　　� 功能塊FB3:是運行PID閉環(huán)調節的功能塊�！　　� 數據塊DB:用來(lái)分類(lèi)儲存設備或生產(chǎn)線(xiàn)中變量的值，數據塊也是用來(lái)實(shí)現各邏輯塊之間的數據交換、數據傳遞和共享數據的重要途徑�！　�2.2 參數功能表　　　 電弧爐冶煉電極升降過(guò)程必須采取閉環(huán)控制方式，才能使系統穩定工作，所以我們在PLC里引入功能塊FB3(圖3)并設置了PI動(dòng)態(tài)調節、限幅及死區調整等環(huán)節�！　　　　�
　　
　　表1　　 FC3功能表　　IN0 實(shí)際弧流I實(shí) 　　IN1 實(shí)際弧壓U實(shí) 　　IN2 計算過(guò)的給定值（外部） 　　IN3 內部設定值 　　IN5 內部設定值 　　IN4 內部設定值 　　I07 內部設定值 　　I08 內部設定值 　　OUT 輸出 　　　　　　　 　　　　2.3 電極升降系統PI工作原理　　　 根據冶煉工藝要求來(lái)設定弧流I0(要求實(shí)現的電流值)、弧壓UO(變壓器五檔調壓)，電爐引弧期間，電極升降頻繁，怎樣使它既不斷弧又要在最佳工作狀態(tài)，我們引入了比例積分調整環(huán)節�！　　� 比例部分　　　　 I實(shí)-　 IO/UO×U實(shí)×1.732=±I07　　　　 I07×IN3=KP　　式中，I實(shí)一實(shí)際電弧電流值；I　 O一設定電弧電流值；UO一變壓器五檔位選定電弧電壓值；U實(shí)一實(shí)際電弧電壓值；I07一運算過(guò)的電流值；IN3一可調整的比例倍數；KP-比例系數(存放在功能塊DBl.DBDl2處)�！　　� 積分部分　　　 IN4/IN5×DB1.DBD4=DBl.DBD8　　　 (DBl.DBS×I07)+I08=DBl.DBD20　　式中，IN4(DB6.DBD48)、IN5(DB6.DBD4)、 DBl.DBD4一可調整的積分時(shí)間常數：DBl.DBD8一積分時(shí)間常數；DBl.DBD20--積分　　　 累加系數�！　　� 綜上所述,功能塊輸出OUT可表示為　　　 OUT=DB1.DBD12+DB1.DBD20　　式中，DBl.DBDl2一比例系數：DBl.DBD20一積分累加系數�！　　� 當I07差值為正時(shí)證明實(shí)際弧流大弧壓低電極上升；為負時(shí)證明弧流小弧壓高電極下降。電極上升下降反應速度由PI調節常數設定，比例、積分常數可根據不同情況進(jìn)行調整．在調試中修正。此外還有死區控制(又稱(chēng)冶煉穩定區)，輸出值一旦進(jìn)入此區，系統自檢定為穩弧區(電極波動(dòng)≈0)，也就是給定值、弧流、弧壓三個(gè)量關(guān)系的平衡，以保證弧流的穩定。為防止斷弧還要有上升下降速度限幅，一般使上升、下降限幅值設為0.5：1即上升速度為下降速度的50％,此值可根據實(shí)際情況進(jìn)行調整。調整時(shí)要適當改變比例、積分時(shí)間常數及上升下降速度限幅值，以保證電爐順利引弧并使冶煉電流平穩�！　　� 本系統電極控制為液壓式．通過(guò)控制閥將電信號變換成液壓信號，用液壓缸直接移動(dòng)電極架的方式，由于消除了旋轉部分的慣性，所以起動(dòng)特性良好。從輸入信號給出以后，到電極達到最高速度的時(shí)間為40～80ms左右�！　�3 結語(yǔ)　　　 此系統經(jīng)調試后現已正常運行。系統運行穩定，起弧快，冶煉平穩。與傳統的模擬系統相比，具有控制精度高、可靠性強、故障率低、便于維護等優(yōu)點(diǎn)。使得電爐冶煉質(zhì)量和自動(dòng)化程度都較過(guò)去發(fā)生了質(zhì)的飛躍。 

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