精炼RH自动化控制系统设计

1 引言
精炼RH是现在碳钢生产中一个非常重要的处理手段，通过RH的处理，可以很好的控制钢水的成分、温度等，提高钢水的质量。RH的主要功能是通过在真空状态下向钢水中吹入氮气或者氩气，引起钢水的循环，使得钢水中的一些碳、氮等杂质通过废气排出，同时在某个阶段通过顶枪吹氧，使得钢水中的碳和氧发生反应，从而把钢水中的碳的浓度再度降低，提高纯净度。
目前国内典型的RH的一个流程:首先将真空槽移动到处理位置，钢包到达RH处理位置以后通过液压装置将钢包顶升直到真空槽下部的浸渍管插入钢水，启动真空装置进行抽真空，添加合金，处理一段时间以后用顶枪吹氧，中间过程随时可以进行测温取样，当样本符合要求以后达到要求以后停止真空操作，待真空系统复压以后降下钢包，送到连铸进行下一个流程作业。

2 RH自动化系统配置及其特点
该自动化控制系统采用开放式系统结构，整个系统分为两级:基础自动化级(L1)和过程计算机级(L2)。参见图1。

图1 系统配置图
基础自动化采用ROCKWELL的ControlLogix 1756-L55作为处理器，采用现场总线DeviceNet方式与现场操作箱连接，并采用智能马达控制中心IntelliCenteTM。各个控制器以及监控站之间采用冗余的ControlNet连接，监控站采用通用的工业PC机，实现数据采集、设备监控、生产管理;设置专用的Ethernet网供监控系统实现Client/Server结构。
该系统主要的控制功能包括:钢包走行、钢包升降、槽台车走行、真空系统、合金称量、合金上料、合金投入、环流系统、顶枪系统、预热枪系统、废气系统、水处理系统、冷却系统等。
2.1 系统主要特点
(1) 系统采用网络化设计，提高了系统响应速度，控制精度，减少故障率。
(2) 程序设计采用模块结构，调试简单、方便。
(3) 画面操作方便、灵活。Ｌ1画面有监控画面、仪表回路画面、联锁关系画面、网络状态画面、报警画面、趋势画面等;Ｌ２画面有报表画面、分析画面、模型画面等。
(4) 电器、仪表、计算机三合一，符合当今发展潮流。
(5) 在L2系统中采用了数学模型，并且把输出结果嵌入L2系统，在计算机模式下直接作为一些设定参数。

2.2 应用软件设计
应用软件的设计开发采用模块化设计，程序以设备为单位进行程序的开发，通过一定的连锁将所有的设备串接起来，确保程序的通用性、易读性以及增加调试方便。下面以真空主阀和环流PID调节为例说明。
主真空阀控制方式分自动方式和手动方式。自动方式和手动方式由操作人员在CRT上选择，控制逻辑参见图2图3。在排气系统自动方式时，自动方式和手动方式的设置有效。如果排气系统为手动方式，主真空阀控制方式只能是手动方式。
环流气体是在真空处理过程中，从浸渍管吹入氮气或氩气，以驱动钢水的环流。在不处理的时候，氮气或氩气作为保护气体用。在处理时，根据作业标准和工艺标准，环流气体的流量控制可以根据钢种的不同，在不同的处理阶段采用不同的流量设定，或者是定值控制。在不处理处理时则通常采用操作人员设定的定值控制。
对于环流气体流量控制也有计算机、自动、手动三种方式。计算机控制方式下，对于处理的钢种，可以根据工艺标准和作业标准，由L2给出设定值。通常情况下，L2给出的设定值有两种方式，一种是定值设定，一种是按图2给出的曲线设定，这和采用的作业标准和工艺标准有关。自动方式下，环流气体流量的控制由操作人员手动进行设定，实现定值控制。手动方式下，操作人员手动给出阀门开度，进行流量控制。

图2 环流气体流量设定曲线
图3就是计算机模式或者自动模式下流量的设定曲线和对应的PID控制回路示意图。

图3 流量的设定曲线和对应的PID控制回路示意图
环流气体的流量在设定以后要保证稳定，各个支管在没有堵塞的情况下需要流量相等，如果其中一路发生堵塞，其他几路就要相应的改变设定值以保证总的流量符合工艺的要求。从前的做法是不停的计算每个支管的流量偏差，然后重新给定每路支管的设定数据，这样做很难保证流量的稳定性，控制精度也很差。为解决该问题，在该项目中我们采用一个虚拟的PID来调节总管流量，在PID回路图中四个支管的PID回路上方设置一个模拟PID(主控制器)并且和支管PID构成串级控制回路来实现该功能。主控制器的设定值就是操作员输入的值(自动模式)或者接受L2送过来的模型计算数据(计算机模式)，实际流量就是支管流量和，经过主控制器PID计算以后的输出值经过转换和计算然后成为串级PID(支管PID)的设定值。实践下来，该方法很好的解决了总管流量的波动问题，反应及时，完全满足工艺的要求。
3 结束语
该系统从投产以后，运行稳定，维护方便完全符合当初的设计思想，而且满足生产要求。