CN207452176U - 一种aod炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种AOD炉，包括控制柜、PLC系统、显示报警模块、专家系统模块、工控机，专家系统模块由AOD炉倾角设定专家系统和AOD炉倾动系统组成；PLC系统包括倾动执行器、位置传感器、压力变送器、流量传感器、故障输出；上位机通过CP5611与PLC通讯；所述PLC向上位机传递设备的实时状态，接受并执行上位机的实时控制指令；所述PLC通过控制继电器、接触器、变频器、电磁阀等电气元件实现对现场设备的控制。本实用新型炉体背向倾斜专家控制系统的设计与实现，解决了AOD炉炉衬风口处(侵蚀最严重部位)的寿命问题，提高了炉衬的整体寿命。

Description

一种AOD炉

技术领域

本实用新型涉及改进的AOD炉，具体来说是一种AOD炉。

背景技术

目前，氩氧脱碳法(AOD法)是生产不锈钢的主要工艺，AOD法以其成本低、易操作、效率高等特点而受青睐，但是耐火材料消耗高，炉衬寿命低，一直困扰着AOD法的生产，炉衬寿命是一个综合性的指标，它不仅与炉型结构设计、耐火材料的性能和使用工艺有关，而且与冶炼工艺水平、各操作参数的控制、设备维护状况等密切相关。

在AOD冶炼过程中，由于供气系统的供气强度、流量随着不同冶炼时期的变化而变化，使得喷吹气体在冶炼过程中对炉衬的蚀损和钢液的搅拌等方面起着重要的作用，影响炉体背向倾斜的因素主要有供气压力、流量和冶炼工艺，在炉体背向倾斜过程中，倾斜角度的适宜与否，往往可以通过风口周围炉衬砖的侵蚀情况和炉衬寿命来反映出来，不良的倾斜角度可能会加速风口周边炉衬的侵蚀，尽管炉体背向倾斜的角度与冶炼工艺的很多方面都有着复杂的关系，但是炉体倾斜的角度在供气系统压力一定、冶炼过程中铁水流动性良好的情况下主要与供气系统的流量和喷枪的出口速度之间存在着自己特定的变化及关联关系，了解这些变化规律，采用科学的调控方法，依据冶炼过程中各个阶段对供气压力、流量等的要求进行各相关设备的有效动作，保证炉体背向倾斜角度的准确性，从而有效的减少气体及钢液机械冲刷对炉衬寿命的影响。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种AOD炉，采用可靠性高、抗干扰 能力强的PLC作为控制系统主体，其上位机采用工控机，构成炉体背向倾斜专家控制系统，上位机通过专家控制器确定AOD炉该不该倾动、何时倾动、倾斜多大角度等，从而达到减小钢液对AOD炉衬的冲刷，延长炉衬寿命。

为了实现上述目的，本实用新型采用技术方案是：一种AOD炉，包括控制柜、PLC系统、显示报警模块、专家控制系统、工控机，采用分层控制和现场总线相结合的控制方式；

PLC系统包括PLC、倾动执行器、位置传感器、压力变送器、流量传感器、故障输出模块，对现场设备进行控制；

显示报警模块采用LCD显示，能实时显示线路信息及设备的运行状态，并且通过GPRS进行远程监控；

专家控制系统包括AOD炉倾角设定专家模块和AOD炉倾动模块；

PLC输出端一连接控制倾动执行器、PLC输出端二连接位置传感器、PLC输出端三连接压力变送器、PLC输出端四连接流量传感器、PLC输出端五连接故障输出，PLC的输入端通过总线与上位机相连进行实时通讯，PLC向上位机传递现场设备的实时状态，接受并执行上位机的实时控制指令，上位机将报警信号输入显示报警模块显示系统故障，专家控制系统连接上位机，将AOD炉倾角信息反馈给上位机；

分层控制方式用于控制柜和PLC系统；

PROFIBUS现场总线通信方式用于PLC和上位机之间；

工控机IPC-610P4H为上位机，以图形和表格方式显示系统运行状态，发出控制命令并完成记录、存档和打印等消息处理。

优选的，PLC为下位机，实现数据采集与控制执行机构的功能。

优选的，流量传感器为LUGB-99。

优选的，压力变送器为PMC71。

优选的，位置传感器为ROQ425。

优选的，倾动执行器为37.3kw的交流异步电机。

优选的，现场总线通信方式用于PLC和上位机之间，用于现场通讯。

优选的，上位机通过CP5611与PLC通讯。

优选的，PLC为SIMATIC S7300。

优选的，所选的PLC为下位机，实现数据采集与控制执行机构的功能。

优选的，所选的PLC向上位机传递设备的实时状态，接受并执行上位机的实时控制指令。

优选的，所选的PLC通过控制继电器、接触器、变频器、电磁阀等电气元件实现对现场设备的控制。

本实用新型采用可靠性高、抗干扰能力强的PLC作为控制系统主体，其上位机采用工控机，构成炉体背向倾斜专家控制系统，上位机通过专家控制器确定AOD炉该不该倾动、何时倾动、倾斜多大角度等，从而达到减小钢液对AOD炉衬的冲刷，延长炉衬寿命。本实用新型炉体背向倾斜专家控制系统的设计与实现，解决了AOD炉炉衬风口处(侵蚀最严重部位)的寿命问题，提高了炉衬的整体寿命。

附图说明

图1为炉体系统硬件结构图；

图2为炉体背向倾斜专家控制系统的控制流程图

图3为炉体背向倾斜专家控制系统结构框图；

图4为炉体背向倾斜专家控制器结构图；

图5为位控器调节原理图PLC控制流程图；

图6为速度给定曲线与位置偏差曲线图；

图7为PLC倾角设定程序设计流程图；

图8为数据库属性示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

本实用新型提供一种AOD炉，该AOD炉的机械设备主要由炉本体、炉体倾动机构、活动烟罩系统、供气及合金上料系统等部分组成，蓄热式钢包烘烤装置主要由蓄热式烧嘴、炉盖、鼓风机、引风机、换向阀及调节阀等部分组成，四个蓄热室的大小都为600*600*600mm，空气喷嘴的出口尺寸为280*150mm，煤气喷嘴的出口尺寸为220*100mm，空气与煤气喷嘴间距离为500mm，交互换向的两对烧嘴间距离为800mm。为了保证炉衬烘烤器的稳定运行，燃烧系统可采用数字调节器实现温度和空燃比例调节控制。换向阀的换向可由一套专门控制系统来实现，具有定时换向、烟气超温报警、程序动作自动保护等一系列功能。炉体倾动机构控制器采用PID控制，具有数据采集及闭环控制功能专家控制部分是基础控制部分的上级机构，根据控制的具体要求，对基础控制过程作修正和调整，以实现控制系统的目标，在具体的实现过程中，可通过把专家控制系统嵌入到常规控制中来达到对控制对象的控制，系统采用可靠性高、抗干扰能力强的PLC作为控制系统主体，其上位机采用工控机，构成炉体背向倾斜专家控制系统，上位机通过专家控制器确定AOD炉该不该倾动、何时倾动、倾斜多大角度等，从而达到减小钢液对AOD炉衬的冲刷，延长炉衬寿命。

该AOD炉，包括控制柜、PLC系统、显示报警模块、专家控制系统、工控机，采用分层控制和现场总线相结合的控制方式；PLC系统包括PLC、倾动执行器、位置传感器、压力变送器、流量传感器、故障输出模块，对现场设备进行控制；显示报警模块采用LCD显示，能实时显示线路信息及设备的运行状态，并且通过GPRS进行远程监控；专家控制系统包括AOD炉倾角设定专家模块和AOD炉倾动模块；PLC输出端一连接控制倾动执行器、PLC输出端二连接位置传感器、PLC输出端三连接压力变送器、PLC输出端四连 接流量传感器、PLC输出端五连接故障输出，PLC的输入端通过总线与上位机相连进行实时通讯，PLC向上位机传递现场设备的实时状态，接受并执行上位机的实时控制指令，上位机将报警信号输入显示报警模块显示系统故障，专家控制系统连接上位机，将AOD炉倾角信息反馈给上位机；分层控制方式用于控制柜和PLC系统；PROFIBUS现场总线通信方式用于PLC和上位机之间；工控机IPC-610P4H为上位机，以图形和表格方式显示系统运行状态，发出控制命令并完成记录、存档和打印等消息处理。

优选的，PLC为下位机，实现数据采集与控制执行机构的功能。优选的，流量传感器为LUGB-99。优选的，压力变送器为PMC71。优选的，位置传感器为ROQ425。优选的，倾动执行器为37.3kw的交流异步电机。优选的，现场总线通信方式用于PLC和上位机之间，用于现场通讯。优选的，上位机通过CP5611与PLC通讯。优选的，PLC为SIMATIC S7300。优选的，所选的PLC为下位机，实现数据采集与控制执行机构的功能。优选的，所选的PLC向上位机传递设备的实时状态，接受并执行上位机的实时控制指令。优选的，所选的PLC通过控制继电器、接触器、变频器、电磁阀等电气元件实现对现场设备的控制。

如图1所示，一种AOD炉，包括现场设备、控制柜、PLC系统、显示报警模块、专家系统模块、工控机，采用分层控制和现场总线相结合的控制方式，其中现场设备、控制柜和PLC系统采用分层控制方式，PLC和上位机之间采用PROFIBUS现场总线通信方式。

如图2所示系统采用工控机IPC-610P4H用来作上位机，以图形和表格方式显示系统运行状态，发出控制命令并完成记录、存档和打印等消息处理通过CP5611与PLC通讯，PLC通过底层设备对外部信息进行采集，然后系统外部输入信息进入特征识别与信息管理单元，信息处理后分别送入知识库与推理机，知识库根据输入信息对知识库中的规则进行修改，推理机从知识库中搜索求解到相应的控制规则，一方面将专家给出的设定值送到 参考控制输入端，另一方面将专家指定的动作控制倾动机构。

如图3所示炉体背向倾斜专家控制系统主要由两部分组成：第一部分是AOD炉倾角设定专家系统，确定不同冶炼时期AOD炉倾角的设定值与侧吹气体压力、流量之间的对应关系，构建一个倾角设定专家系统，根据专家规则来确定目标倾角的值，第二部分是AOD炉倾动系统，专家控制器由于其知识库、控制规则库的规模小，且推理机构简单，由PLC来完成。

如图4所示专家系统中采用的是以数据驱动的前向推理方法，根据侧吹气体压力和流量变化量的特征逐次判别各规则的条件，若满足条件就执行该规则，否则继续搜索，整个过程可描述为PLC每个周期从检测变送机构取得条件变量，然后进行推理，得出控制量并把该控制量写入到数据块DB1，作为下一步倾角控制的期望角度值，图5中描述的当供气压力保持1MPa不变时，在不同的供气流量范围内，按照专家控制规则，对AOD炉倾角设定值的赋值过程。其中存储字MW10存放供气压力值，MW20存储字存放供气流量值，而DB1数据块用于存放AOD炉倾角设定值，当供气流量小于300m3/h或大于1500m3/h时，系统发出超限报警提示操作工进行处理。

V_t为速度预设定时间变量，S_t为位置预设定时间变量，S_t＝∫V_tdt；K_sp为比例放大器的放大系数；ω为输出速度，调节过程如下：控制器根据传动的机器参数预设定的位置和速度值，计算出速度时间特性曲线V_t和与之相关的S_t，在每一周期的开始时的速度值V_t预设定到传动装置上进行速度预控制，同时反馈回来的实际值S_f与S_t进行比较算，得出当时偏差值ΔS，此偏差值乘以比例系数K_sp得到V_k叠加在V_t上得出ASR应具有的速度控制信号。

图6的定位过程中，0～t₁为加速起动段，其加速率为a_m；t₁～t₂为最高速度运转段，其速度为V_m；t₂～t₃为减速制动段，减速率为a_m；t₃时刻为调整机械速度为零的时刻，在此时刻撤掉速度给定，同时起动电磁抱闸。定位过程如下：S'_t＝∫V_tdt，

1)0≤t≤t₁,因为V_t＝a_mt，所以

2)t₁＜t≤t₂，因为V_t＝V_m，所以

3)t₂＜t≤t₃，因为V_t＝V_m-a_m(t-t₂)，所以 ；

所以S_t＝0.00125*S'_t；

所以S_t＝0.00125*S'_t即为AOD炉炉体在时间0到t₃内所旋转的角度。

炉体背向倾斜专家控制系统的是建立在倾动系统的基础之上，AOD炉的倾动系统采用位置、转速双闭环控制，内环速度环的采用矢量控制，矢量控制是基于电机的动态模型对电机的转速进行调节，外环位置环的类型和参数决定了位置随动系统的系统误差和动态跟随性能，两者都运用经典控制论中的PID控制算法，速度内环的控制器采用PI即比例积分控制算法，这样可以实现速度无静差，还可以保持系统所要求的相应时间。

专家系统的知识表示是基于数据库技术的，外部输入描述供气系统和AOD炉运行状况的各种参数及专家推理规则等，都存放在数据库中，数据库是采用SQL Server2000设计开发的，在设计数据库表结构前，首先要创建一个数据库，本系统创建的数据库为[expert control]。采用在企业管理器中创建数据库的方式。

在使用SQL Server2000的企业管理器之前，必须要注册一个本地或远程的服务器，注册服务器的步骤如下：

a)右击一个服务器或服务器组，然后选择“新建SQL Server组”选项，出现服务器对话框，在名称内填入“专家控制系统”，建立专家控制系统服务器；

b)右击专家控制系统服务器组，然后选择“新建SQL Server注册”选项，在出现“SQL Server注册向导”对话框中单击下一步；

c)在“可用的服务器名”文本框内输入服务器名，选择“CDAN”服务器，单击下一步；

d)选择身份验证模式，单击下一步；

e)指定将注册的SQL Server添加到已有的SQL Server组中，还是新建SQLServer组。选择新建SQL Server组，在组名对话框中输入“专家控制系统”，单击下一步，完成注册；

双击“专家控制系统服务器组”，右击“数据库”文件夹，“新建数据库”，设置“数据库属性”对话框如图8所示。

在数据库中，各类信息的存储载体主要是表，由于本系统系将控制规则集分为4个子集，因此将数据以数据库表的形式展现，相应定义了4个表，各表由相关字段组成。

冶炼工艺子集用数据库表的形式表示，其结构如表1所示。

表1冶炼工艺子集表

供气系统子集用数据库表的形式表示，其结构如表2所示。

表2供气调节子集表

倾角设定子集用数据库表的形式表示，其结构如表3所示。

表3倾角设定子集表

紧急事故与故障子集用数据库表的形式表示，其结构如表4所示。

表4紧急事故与故障子集

在气流干燥专家控制系统的产生式系统中，每一个推理循环中的触发规则往往不止一条，这就需要按某种准则从中选择一条规则作为启用规则，在炉体背向倾斜专家控制系统中选用的准则有：

(1)按规则的优先级别选取优先权最高者；

(2)将所有规则进行线性排序，选取最先匹配成功的一条规则；

(3)将规则按执行过的次序排序，选取最近执行过的规则；

(4)选取条件描述复杂性高的规则；

(5)选取一个原来没有用过的新规则；

(6)Agenda方法，该法规定一条规则仅可执行一次；

(7)用随机数发生来决定启用规则的序号；

在炉体背向倾斜专家知识库内，根据生产机理和长期积累的专家经验，对规则进行了优先级排序，把优先级别高的排在知识库的前面，低的排在后面。这样在选取的时候就会按照优先级别选取最高者。

如图7所示PLC作为下位机采用SIMATIC S7300，主要实现数据采集与控制执行机构，利用PLC实现基于AOD倾角设定专家系统的PID控制策略，在进行控制算法编程之前，先要通过STEP7对PLC硬件模块进行组态，其 过程如下：以IPC-610P4H作为编程装置，运行STEP7软件，在软件中进行相应参数设置，如通信端口设置，MPI(MultipnintInterface)地址设定，选择数据传输速率等，然后通过MPI端口对PLC进行硬件组态，即对S7-300的机架、电源、CPU、I/O模块等按其实际配置类型和物理地址进行组态，其中在CPU的组态中设置MPI地址，最后将组态程序下载到PLC以确认，STEP7软件进行PLC硬件组态就是模拟真实的PLC硬件系统，将CPU、电源和信号模块等设备安装到相应的机架上，并对PLC硬件模块的参数进行设置和修改的过程，向上位机传递设备的实时状态，接受并执行上位机的实时控制指令，同时，PLC通过控制继电器、接触器、变频器、电磁阀等电气元件实现对现场设备的控制。

按照上述实施例，便可很好地实现实用新型。

显然本实用新型具体实现并不受上述方式限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种AOD炉，包括控制柜、PLC系统、显示报警模块、专家控制系统、工控机，其特征在于，采用分层控制和现场总线相结合的控制方式；

PLC系统包括PLC、倾动执行器、位置传感器、压力变送器、流量传感器、故障输出模块，对现场设备进行控制；

显示报警模块采用LCD显示，能实时显示线路信息及设备的运行状态，并且通过GPRS进行远程监控；

专家控制系统包括AOD炉倾角设定专家模块和AOD炉倾动模块；

PLC输出端一连接控制倾动执行器、PLC输出端二连接位置传感器、PLC输出端三连接压力变送器、PLC输出端四连接流量传感器、PLC输出端五连接故障输出，PLC的输入端通过总线与上位机相连进行实时通讯，PLC向上位机传递现场设备的实时状态，接受并执行上位机的实时控制指令，上位机将报警信号输入显示报警模块显示系统故障，专家控制系统连接上位机，将AOD炉倾角信息反馈给上位机；

分层控制方式用于控制柜和PLC系统；

PROFIBUS现场总线通信方式用于PLC和上位机之间；

工控机IPC-610P4H为上位机，以图形和表格方式显示系统运行状态，发出控制命令并完成记录、存档和打印消息处理。

2.根据权利要求1所述的一种AOD炉，其特征在于，PLC为下位机，实现数据采集与控制执行机构的功能。

3.根据权利要求2所述的一种AOD炉，其特征在于，流量传感器为LUGB-99。

4.根据权利要求2所述的一种AOD炉，其特征在于，压力变送器为PMC71。

5.根据权利要求2所述的一种AOD炉，其特征在于，位置传感器为ROQ425。

6.根据权利要求2所述的一种AOD炉，其特征在于，倾动执行器为37.3kw的交流异步电机。

7.根据权利要求1所述的一种AOD炉，其特征在于，现场总线通信方式用于PLC和上位机之间，用于现场通讯。

8.根据权利要求1所述的一种AOD炉，其特征在于，上位机通过CP5611与PLC通讯。

9.根据权利要求7所述的一种AOD炉，其特征在于，PLC为SIMATIC S7300。