常成
中天钢铁集团有限公司 江苏常州 213000
摘要:本文主要论述了对转炉喂丝机控制系统的技术改造，现有的转炉喂丝机因生产工艺的改变不能满足新的生产工艺要求，手动继电器控制操作规程繁琐，增加了工人的操作强度，加之平时故障率较高，急需进行改造。在原有单纯继电器控制原理的基础上增加了PLC控制，形成PLC+继电器控制系统，通过编写程序提高了转炉喂丝机的自动化水平；增加了变频器，实现了喂丝机喂丝速度的可调性，满足了新的工艺对喂丝速度的要求。通过这次对控制系统的技术改造，由原来单纯的手动控制改为手自一体控制，在自动情况下，不但满足了新的生产工艺要求，而且减轻了员工的工作劳动强度；在PLC自动系统故障的情况下，还可以利用继电器控制系统手动一样可以喂丝，大大提高了喂丝机的故障容错率。
关键词：转炉；喂丝机；PLC+继电器控制系统；容错率
1、转炉喂丝机简介
转炉喂丝机主要用于转炉出钢后，执行并完成炉外精炼钢液，从而改善挡渣效果，为钢铁企业生产高质量、高附加值产品，为提高市场竞争力创造了必要的条件，具有较好的经济效益，实现了喂丝工艺革新的成功尝试。根据所应用的精炼反应器的不同，喂丝法可分为钢包喂丝法、中间罐喂丝法和中注管喂丝法等。本文所研究的就是第一种喂丝法—钢包喂丝法。钢包喂丝法是在在钢水从炼钢炉出钢后把作为精炼剂的线材（如GaSi线）喂入钢包中，达到脱氧、改变夹杂形态促进夹杂物上浮、微调成分等目的。
1.1技改前的现状及其存在问题
我厂转炉车间有一台2线喂丝机，技改前其控制方式为纯手动继电器控制。
操作过程中，退丝属于点动操作，导管落下是喂丝、退丝的前提，否则不能喂丝、退丝；在喂丝过程中，按下相对应的退丝按钮，就会停止喂丝。
从以上操作流程可以看出，技改前的喂丝机操作简单，无自动控制，速度不可调。
加之后来生产工艺有了新的改变，改造前的喂丝机缺点日益突出，不能满足新的工艺要求，且在日常的使用过程中电机热过载故障频发，经常导致电机烧毁。究其原因就是因为生产工艺发生了改变，工艺改变前喂线的品种比较单一，只用于向液钢中喷注钙合金，如GaSi等，喂丝时间较短，现在它已被广泛地用于其他多种添加剂，如碳、锰、硅、铬等，也用于固态的铝丝。喂丝次数大大增加，进而喂丝机的工作时间及工作强度都有大幅度增加，所以才会导致电机热过载，长时间过载就会烧毁电机。新工艺的改变不单单只是喂丝的品种及工作量增加了，为了响应公司节能降本、标准化生产的号召，还增加了许多精益要求，比如为了严格控制钢水的成分和严禁硅钙线浪费，新的工艺要求每炉钢水喂丝的长度要严格控制在800cm，喂丝速度要控制在2.5m/s-3.5m/s以上等等，所以说改造前的喂丝机远远不能达到工艺要求。
急需技改的还有一个原因就是技改前的喂丝机的控制柜安装在现场，众所周知，转炉车间灰尘很大，控制柜内积灰严重，经常导致各类故障发生，设备运行的稳定性大大降低。
综上所述，技改前的喂丝机的缺点可以具体概括为以下几点：
1.无自动控制，无法满足喂丝长度的要求。
2.速度不可调，无法满足喂丝速度的要求。
3.电机功率过小，电机热过载故障频率较高，严重时烧毁电机。
4.现场灰尘很大，环境很恶劣，电气控制柜安装在现场综合故障率较高，影响
设备的稳定运行。
1.2技改的主要思路
技改项目主要的思路就是针对上一章所述缺点和不足加以改进，达到满足新的工艺要求的目的。
1.2.1无自动控制，不能设定喂丝长度。针对这一点本文选用可编程控制器PLC，通过霍
尔转速传感器计数，将计数信号传给二次仪表智能双数显计测器显示喂丝的长度，并通过二次仪表设定所需长度，达到设定长度输出信号到PLC，最后通过设计编写满足此控制要求的程序，来控制电动机自动停止，通过这样一个思路便解决了喂丝长度要求的问题。
1.2.2速度不可调，无法满足喂丝速度的要求。针对这一点，本文选用变频器控制电动机，辅以电位器来调节变频器的速度，这样调速问题便迎刃而解了。
1.2.3电机功率过小，电机热过载故障频率较高，严重时烧毁电机。针对这一问题，
我们从电气和机械两方面入手来解决这一问题，一方面重新对电动机选型，加大电动机的功率，由于原来的3KW加大到4KW;另一方面从机械方面改造，比如加大导轮的横截面积，从而增大了导轮与丝线的接触面积，还有在喂丝机前端增加导向支架，用于将丝线以正确的方向进入喂丝机，减少摩擦，本论文主要是针对电气方面的技改加以研究的，以上遇到的机械方面的技改不做详细描述。
1.2.4现场灰尘很大，环境很恶劣，电气控制柜安装在现场综合故障率较高，影响
设备的稳定运行。
解决这一问题的有效方法就是将现场的控制柜移到电气室内进行
安装，第四个问题也就圆满解决了。
2、硬件方案的改造
2.1 PLC选型及其硬件接线
西门子S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，
2.2变频器的选型及其硬件接线
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们选择使用的变频器主要采用交-直-交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。从性价比的目的出发，本文技改变频器选择西门子品牌的变频器。MicroMaster440具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MM440具有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可以用于更高级的电动机控制系统。MM440变频器既可用于单机驱动系统，也可集成到“自动化系统”中。
变频器在使用过程中带动的是电机，所以，变频器的选型可以从电机的角度来选择型号、规格。那首先，我们就必须先了解电机的各项规格指标参数。从电机铭牌上可以得出电机的各项参数，电机额定功率:4KW,额定电流：8.2A，额定电压：380V，额定转速1440rpm等。
选择变频器时最关键的选型因素就是工作电流，原则上要求，在长时工作时：变频器输出电流>电机实际工作电流，考虑到过载因素，变频器应选择大一型号，所以根据以上参数，可以得出变频器的选型为西门子变频器MM440型通用变频器，订货号为6SE 6440-2UD25-5CA1。本改造项目除了增加了PLC和变频器，为了实现自动和更多的功能还增加了许多外设辅助设备，例如，霍尔传感器、智能双数显计测器、电位器。
3、软件方案的改造
3.1 PLC程序的设计及编写
根据工艺要求以及生产操作人员的要求制定了喂丝机的操作规程：
1、手动操作方式如下：
把操作方式开关选为手动，按要求设定好，喂线的长度和速度，（以A线为例）按落导管按钮，把导管落下，对准钢包，按一下A喂线按钮，开始喂线，当实际喂线长度达到设定长度值时，喂线停止，需要通线时，按住A退线按钮不松，即开始退线，松开A退线按钮，退线即结束工作。在喂线过程中如果有实际长度没有达到设定长时需要停止喂线，就需要按一下A退线按钮即可停止喂线（B线和A线操作相同）。
2、自动操作方式如下：
把操作方式开关选为自动，按要求设定好喂线的长度和速度（以A线为例）按一下A喂线按钮，导线管落下，A喂线开始，当实际喂线长度达到设定长度时，喂线停止，开始自动退线结束后，导线管自动抬起，A自动喂线过程结束，如在自动喂线过程中需要停止自动喂线，就按一下A退线按钮即可（B线和A线操作相同）。
每次喂线时先把计数器的实际值清零。手动操作时只有继电器工作，PLC无工作；自动操作时继电器PLC联合工作。
4、结束语
通过这次对转炉喂丝机的技术改造，一一解决了转炉喂丝机无自动控制、喂丝长度不能设定、喂丝速度不可调等许多限制生产工艺的问题，技术改造后实现了喂丝机自动喂丝，简化了操作步骤，减少了操作时间，之前喂丝时间是5min/炉，技改后喂丝时间减少为3min/炉，每炉钢节约了2分钟，按照技改前每炉钢的平均时间25分钟，一天12小时平均28炉算的话，技改后每炉钢节约了2min，一天28炉钢一共节约时间是：28x2=56min/天，那就相当于每天多炼56/25=2.24炉钢，大大提高了产量；提高产量的同时还节约了人工，技改前由于操作繁琐，喂丝需要两个人，技改后一个人就可以单独完成喂丝的全过程，变相的降低了生产成本。技改后还可以按照操作人员设定的长度喂丝，不但提高了喂丝的精度，还大大降低了喂丝造成的浪费，也降低了生产成本。通过这次对喂丝机的技术改造，大大提高了产量，降低了生产成本。
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