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PLC在電爐電極自動升降控制中的應用
(提供: SIEMENS-西門子自動化與驅動集團PLC事業部 ) 【在線聯系作者】
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際值比較差動調節,當設定值大于實際值,電極下降,反之上升,最終達到平衡點進行穩弧冶煉的過程。我公司16#電弧爐就是利用這一原理采用PLC自動采樣、自動控制電極升降,從而實現冶煉過程的自動化! 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用背板總線將除電源模塊之外的各個模塊連接起來。背板總線集成在模塊上,模塊通過U形總線連接器連接,每個模塊都有一個總線連接器,插在各模塊的背后。安裝時先將總線連接器插在CPU模塊上.并固定在導軌上,然后依次裝入各個模塊。通過對CPU及DI、DO、AI、AO各模塊的組態,保證各開關量的輸入、輸出控制及弧流、弧壓的采集,并通過模出控制電極升降!
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:在選擇自動檔位時調用FB3、FC1O、FCll、FCl2來自動完成模入、模出、比較、PID調節等功能。 功能塊FCl:是來自三相弧流弧壓模數變換環節,由模擬量轉變成數字量! 功能塊FCl0、FCll、FCl2:用來限制實際弧流弧壓最大值、最小值是否運行在這個參數之間,如出現偏差及時保護! 功能塊FB3:是運行PID閉環調節的功能塊! 數據塊DB:用來分類儲存設備或生產線中變量的值,數據塊也是用來實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程必須采取閉環控制方式,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動態調節、限幅及死區調整等環節!
表1 FC3功能表 IN0 實際弧流I實 IN1 實際弧壓U實 IN2 計算過的給定值(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設定弧流I0(要求實現的電流值)、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,我們引入了比例積分調整環節! 比例部分 I實- IO/UO×U實×1.732=±I07 I07×IN3=KP 式中,I實一實際電弧電流值;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實一實際電弧電壓值;I07一運算過的電流值;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間常數:DBl.DBD8一積分時間常數;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差值為正時證明實際弧流大弧壓低電極上升;為負時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行調整.在調試中修正。此外還有死區控制(又稱冶煉穩定區),輸出值一旦進入此區,系統自檢定為穩弧區(電極波動≈0),也就是給定值、弧流、弧壓三個量關系的平衡,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%,此值可根據實際情況進行調整。調整時要適當改變比例、積分時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.通過控制閥將電信號變換成液壓信號,用液壓缸直接移動電極架的方式,由于消除了旋轉部分的慣性,所以起動特性良好。從輸入信號給出以后,到電極達到最高速度的時間為40~80ms左右! 3 結語 此系統經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、便于維護等優點。使得電爐冶煉質量和自動化程度都較過去發生了質的飛躍。
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