北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司是國內(nèi)的一家高科技企業(yè)，公司主要從事專業(yè)自動化軟件的開發(fā)，應用系統(tǒng)的集成，并向用戶提供從硬件到軟件的總體設(shè)計方案。產(chǎn)品遍布石油、化工、冶金、礦山、運輸、機械、食品等幾十個行業(yè)，并應用于全國乃至世界的眾多工業(yè)控制現(xiàn)場。值此之即，我們向大家介紹公司軟件MCGS在鋼鐵廠鐵水處理系統(tǒng)中的現(xiàn)場應用。
一、工藝描述
在煉鋼工藝中，從高爐來的混鐵車鐵水在倒罐站進入鐵水罐，由300t吊車將鐵水罐送至1#、2#鐵水脫硫站的處于座罐位的鐵水罐傾翻車上。此前，相關(guān)脫硫站已經(jīng)做好了所有準備工作，如：公用設(shè)施風、水、電、燃氣的供給并達到要求的參數(shù)；噴吹罐已經(jīng)準備好足夠的符合要求的鈍化鎂粒；各種機電液設(shè)備都可靠好用；全部電控系統(tǒng)包括自動控制和計算機操作、專家系統(tǒng)及檢測儀表系統(tǒng)都正常可靠，煙氣除塵系統(tǒng)已經(jīng)啟動，等等。
鐵水罐車開至噴吹工位，到位信號將傳至噴鎂操作室的自動操作系統(tǒng)，系統(tǒng)允許開始自動運行。測溫取樣裝置可根據(jù)工藝需要在鐵水中進行測溫或取樣，溫度將快速顯示在現(xiàn)場的大屏幕數(shù)碼表上，同時信號傳至操作室的計算機操作系統(tǒng)被紀錄和顯示。樣塊被送至化驗室作成分的快速分析，并將結(jié)果——鐵水成分立即反饋到操作室，操作人員在計算機上輸入該罐鐵水罐號，鐵水重量、鐵水溫度、鐵水初始硫、目標硫參數(shù)，或具備和二級站連網(wǎng)功能。專家系統(tǒng)將自動確定該次噴吹的鎂粒噴吹量和噴吹時間，在專家系統(tǒng)完成計算并確定噴吹參數(shù)之后即可啟動自動噴吹按鈕，開始按照程序進行噴吹，到達設(shè)定值后會自動停止噴鎂。在噴吹過程中可以通過彩色大屏幕監(jiān)視器監(jiān)視鐵水罐中鐵水反應情況，系統(tǒng)具有根據(jù)需要在噴吹中調(diào)整噴鎂速度的功能。
噴吹是當噴槍在上極限高位時開始噴吹氮氣，隨后下槍至鐵水中預定深度停槍并開始噴鎂，噴鎂結(jié)束后停止噴鎂但是不停止噴吹氮氣，繼續(xù)吹氮氣幾十秒鐘攪拌鐵水然后提槍至上極限。噴槍的升降由電力驅(qū)動和大節(jié)距雙排鏈傳動系統(tǒng)完成，升降力達10000kgf。噴槍的換槍機構(gòu)采用固定式雙槍分別驅(qū)動升降形式，雙槍用一備一。換槍噴吹用鐵水罐車移動的方式實現(xiàn)。
噴槍和測溫取樣槍采用了四項實用先進技術(shù)：①編碼器槍位檢測；②事故（如停電）提槍技術(shù)；③熱敏法測鐵水液面高度；④噴槍張力檢測技術(shù)（當罐底結(jié)渣時觸包停槍，再提槍到噴吹位），確保噴槍和鐵水、鐵水罐的安全。
噴吹過程中，設(shè)置在平臺槍孔旁的電液推桿驅(qū)動的噴槍夾持裝置將夾持住噴槍桿，防止噴槍過大的上下抖動對噴槍升降裝置產(chǎn)生不利影響。在噴槍噴吹前后，夾鉗裝置處于打開的狀態(tài)。
噴鎂結(jié)束后使用測溫槍或取樣槍測溫或取樣，測溫取樣裝置為電力驅(qū)動，為避免工人在裝、卸測頭時受高溫烘烤，將兩支槍設(shè)計成由電液推桿推成傾斜狀態(tài)時更換測頭，垂直時工作。
隨后調(diào)整鐵水罐車至扒渣工位，液壓驅(qū)動的鐵水罐傾翻車使鐵水罐傾翻，使用氣動扒渣機扒渣落入渣罐內(nèi)，渣罐在渣罐車上，渣罐車在道軌上可以沿其開出。扒渣操作室在噴粉平臺上，扒渣過程在脫硫操作室的彩色大屏幕監(jiān)視器上可以觀察，扒渣結(jié)束鐵水處理完畢，有信號給鐵水罐車，該車可以行車至換罐位，用300t吊車吊鐵水罐至轉(zhuǎn)爐，同時從倒罐站吊鐵水罐至換罐位坐罐，準備下一次噴吹處理。
整個鐵水處理過程檢測儀表將對溫度、重量、流體壓力、流量、噴鎂流量等參數(shù)進行動態(tài)測量并紀錄，控制系統(tǒng)還可以對其中的某些變量隨機調(diào)整，如噴吹氮氣的壓力和流量，噴鎂流量等。還設(shè)置有氣壓低等若干報警功能和連鎖安全保護功能。
本套脫硫站設(shè)脫硫操作室和扒渣操作室。整個鐵水處理過程控制可以在操作室進行也可以在機旁操作（主要是用于調(diào)試時和維修時）。操作采用自動或者手動方式進行，并可以切換。在計算機上用翻屏的方式可以看到處理的全過程如噴吹、測溫取樣、扒渣等動態(tài)模擬及其所有參數(shù)。還有打印工作報表的功能，按照設(shè)計的報表在鐵水處理完畢后自動打印工作報表。
二、系統(tǒng)方案
鐵水脫硫站采用IPC（MCGS）+PLC控制系統(tǒng)，整個過程以昆侖通態(tài)HMI集中顯示、操作和控制為主，并配有必須的機旁操作箱，設(shè)有自動操作方式、手動操作方式、遠程操作操作方式三種方式。
自動操作方式：由控制系統(tǒng)自動完成必要的操作過程。
手動操作方式：操作工可在HMI上進行軟手動和在機旁手動操作臺向上進行硬手動，在手動操作方式下，控制系統(tǒng)的延時關(guān)系被解除，但聯(lián)鎖關(guān)系仍然存在。
遠程操作操作方式：在控制室設(shè)有“遠程操作”開關(guān)，當檢修開關(guān)閉合時，操作工可在就地操作箱上進行操作，以便對各設(shè)備實施就地檢修控制，在系統(tǒng)遠程操作方式下，控制系統(tǒng)的延時和聯(lián)鎖關(guān)系均被解除。鐵水預處理站電控系統(tǒng)，由計算機、MCGS+S7—300PLC+STEP7—5.0組成的專家系統(tǒng)構(gòu)成，即一級控制系統(tǒng)。具有實時監(jiān)控脫硫系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、鋼包車、渣車系統(tǒng)等。主要功能有：
① 自動上料功能：精確的稱重裝置，由大屏幕實時顯示噴粉罐中的料量，并傳至PLC進行分析，當料量減少到低于設(shè)定值，系統(tǒng)將自動啟動上料程序，確保噴粉罐中始終有噴吹所需的物量。
② 自動計算功能：操作員通過HMI畫面，用鍵盤輸入或網(wǎng)絡(luò)接收爐號、鐵水初始硫含量、鐵水目標硫含量、鐵水的重量和溫度，PLC自動計算出噴粉總量、噴粉時間和噴粉速度，隨后即可啟動自動運行。MCGS—V5.1+STEP7—V5.0組成的專家系統(tǒng)，將穩(wěn)定工作，控制各個機構(gòu)運行，以達到操作員所設(shè)定的目標硫含量。
③ 主吹PID功能：由流量計測量主吹氮氣流量，并傳至PLC計算，和HMI所設(shè)定的主吹氮氣流量做PID運算，控制電子薄膜調(diào)節(jié)閥的開度，達到主吹氮氣流量的穩(wěn)定，防止噴粉過程中鐵水飛濺。
④ 畫面同步功能：HMI畫面同步顯示的噴槍位置、夾鉗位置，測溫取樣槍與噴粉槍位置由旋轉(zhuǎn)編碼器傳輸數(shù)據(jù)，保持畫面與控件實時同步，方便操作人員監(jiān)視。
⑤ 給料電機速度控制：在人工操作狀態(tài)下，操作員通過HMI鍵入所需的噴粉速度，PLC計算后，傳至變頻調(diào)速器，控制給料電機，使之以均勻速度供給噴粉料量，并由轉(zhuǎn)速表顯示給料電機速度，方便操作員精確的控制給料量。
⑥ 自動運行功能：在PLC確認噴粉罐中，料量不低于設(shè)定值、氮氣壓力不低于下限值、鋼包車到位等，操作員可啟動自動系統(tǒng)。
1、打開夾鉗裝置。
2、噴槍驅(qū)動裝置將噴槍下降，啟動除塵閥門。
3、噴槍降到噴粉位，夾鉗裝置將噴槍夾緊，設(shè)備開始往鐵水中噴粉。
4、噴粉時間到達，PLC控制系統(tǒng)停止噴粉，噴槍上升。
5、噴槍到達待噴位，除塵閥門關(guān)閉。
6、設(shè)備進入待機狀態(tài)，計算機將記錄所需數(shù)據(jù)，并可隨時打印。
⑦ 本地操作功能：操作員通過計算機（HMI），用鼠標手動控制脫硫系統(tǒng)運行。（如打開、關(guān)閉閥門、噴槍升降等）
⑧ 遠程操作功能：操作員通過遠端控制箱上的按鈕，手動控制脫硫系統(tǒng)運行。
系統(tǒng)監(jiān)測功能描述
監(jiān)測系統(tǒng)由MCGS（HMI）軟件組態(tài)，用于監(jiān)控鐵水預處理站的系統(tǒng)運行過程（脫硫系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、鋼包車、渣車系統(tǒng)等）。裝有MCGS通用版系統(tǒng)軟件，19寸的HMI畫面，可實時監(jiān)控所有電控氣動閥門的開關(guān)、噴槍位置、夾鉗位置、鋼包車位置及各種變量的變化，并可生成變量的實時曲線、棒圖、存盤數(shù)據(jù)瀏覽。系統(tǒng)有幾個畫面組成：系統(tǒng)總覽畫面、主操作畫面、噴吹系統(tǒng)畫面、噴槍系統(tǒng)畫面、測溫系統(tǒng)畫面、系統(tǒng)報警畫面、存盤數(shù)據(jù)報表等，使操作員方便的監(jiān)控脫硫系統(tǒng)的運行。操作員可通過鍵盤和鼠標進行數(shù)據(jù)輸入，操作系統(tǒng)運行，隨時訪問不同的畫面，觀察部件的運行情況。每個畫面都有報警指示器，以交互方式通知操作員，并通過它直接訪問系統(tǒng)報警畫面，以使設(shè)備正常、穩(wěn)定工作。
三、結(jié)論
本系統(tǒng)為中冶集團北京冶金設(shè)備總院成套研發(fā)，已經(jīng)成功應用在南京鋼鐵集團煉鋼廠、寧波建龍鋼廠等多個大型鋼廠鐵水處理系統(tǒng)上，運行穩(wěn)定可靠，功能強大，為客戶取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，大大提高了用戶的生產(chǎn)自動化水平，為用戶提高自身的市場競爭能力提供了強力保障。
