淺析磁浮子翻板液位計自動化在高爐渣礦巖棉生產中的應用

摘　要：本文介紹了高爐渣礦巖棉生產工藝、磁浮子翻板液位計系統的組成，重點闡述了磁浮子翻板液位計控制系統的硬件組成和系統實現。

０引言

唐山惠唐新事業股份有限公司根據國家科技支撐計劃中高爐熔渣調質及直接成纖技術研發的課題內容，以課題終試結論為依據在唐山中厚板材有限公司院內建設唐鋼高爐渣礦渣棉生產線。該項目工藝是利用高爐熱渣進行調質處理后，直接生產礦渣巖棉。

１高爐渣礦巖工藝

生產線由２座調質電爐、１條礦渣巖棉板生產線和１條粒化棉生產線組成，同時配套相應的公輔設施。工藝流程為液態熔渣直接通過電爐調質處理后，經成纖制棉生產線進行生產，如圖１所示。該工藝能有效解決環保除塵的問題，同時，有效利用了液態熔渣的熱量，大大降低了原始工藝對能源的消耗。

其生產環節主要包括：

（１）電爐工藝。在整個礦渣巖棉生產工藝中，通過磁浮子翻板液位計對加入的高爐熔渣進行冶煉，為后續礦渣棉生產線提供所需的高溫熔渣。

（２）礦棉板生產線工藝。高溫熔渣通過離心機，集棉機等生產后得到礦渣巖棉板、棉條、粒狀棉等zui終產品。

２磁浮子翻板液位計系統組成

磁浮子翻板液位計機械部分由爐體、傾動裝置、水冷爐蓋、爐蓋提升及旋轉裝置、電極升降裝置、短網系統、液壓系統、冷卻水系統、壓縮空氣系統、集中潤滑裝置等組成。爐子總體采用高架式布置連體式結構，爐蓋旋開頂裝料，出渣槽出渣。

電氣設備包括１０ｋＶ高壓供電系統、電爐變壓器、低壓電氣設備、自動控制系統。

３磁浮子翻板液位計自動控制系統

３．１硬件組成

磁浮子翻板液位計自動控制系統有兩套，采用德國ＳＩＥＭＥＮＳ的Ｓ７－３００系列ＰＬＣ，下設２個ＥＴ２００Ｍ遠程站。具體模塊需求如表１所示，硬件配置如圖２所示。

３．２系統實現

該系統釆用ＳＩＥＭＥＮＳ的ＳＴＥＰ７Ｖ５．５軟件編程。其有手動，自動兩種操作方式，操作人員通過安裝在操作臺上的轉換開關進行生產選擇。爐體、裝料、出渣、換電極、爐門啟閉等操作使用手動模式；電極升降動作由電極升降調節器控制，一般運行在自動模式，在某些特定情況下可以進行手動干預，此時手動優先。

兩臺操作員站設置在磁浮子翻板液位計操作室，分別對１＃、２＃磁浮子翻板液位計電極調節、電爐工況（含液壓站、冷卻水系統）進行監視和控制。采用ＳＩＥＭＥＮＳ的ＷｉｎＣＣ　Ｖ７．０進行畫面組態，操作界面如圖３所示。

其人機界面可以實現以下功能。

（１）設備模擬圖。

設備模擬圖用來向操作員動態地顯示電爐系統設備的組成狀態，至少包括下列圖形窗口。

①電爐主畫面。顯示電爐系統總體圖，以及主要運行參數，包括：爐體狀態；Ａ、Ｂ、Ｃ相電極夾持器狀態；三相電弧電壓、電流；冷卻水壓力、溫度、流量；液壓系統壓力、溫度；本爐次電耗累計值；工藝操作控制曲線。

②高壓系統畫面。顯示高壓系統示意圖以及參量，包括：隔離開關狀態；變壓器檔位狀態；變壓器冷卻器狀態；變壓器油位、油溫；變壓器輕瓦斯、重瓦斯報警；變壓器分接開關輕瓦斯、重瓦斯報警；變壓器調壓狀態。

③液壓系統畫面。通過液壓泵站的傳感器及變送器，檢測液壓系統各個過濾器堵塞信號，液壓系統壓力過高、壓力過低信號，貯液箱液位高、液位低信號，貯液箱溫度過高、過低信號，液壓泵電機過載、循環泵電機過載信號，液壓泵啟動／停止控制信號，循環泵啟／停控制信號，液壓泵工作主泵選擇信號，液壓泵聯鎖信號，循環泵聯鎖信號，液壓系統壓力信號。磁浮子翻板液位計將系統實際壓力數值送入ＰＬＣ，至計算機監控站顯示。

循環泵和液壓泵可以實現爐前控制室和現場兩地啟停控制，運行泵發生故障時，備用液壓泵可自動切換投入使用，運行泵和備用泵可以定時自動切換。

④電極調節系統畫面。可以顯示出三相電極是否通電示意圖，圖中標注參數：變壓器二次側電壓擋位設定值；三相電弧電流設定值；三相電弧電流實際值；三相電弧電壓實際值；比例閥控制信號值。另外，在畫面上可以進行電極升降的手自動控制，可以設定電弧電流。

⑤主體設備狀態及位置畫面。可顯示出主體設備狀態及位置示意圖，圖中標注參數：爐蓋狀態及位置；傾爐平臺狀態及位置；電極狀態及位置；高壓斷路器狀態及位置；液壓高壓泵工作狀態。

⑥各種操作之間的聯鎖狀態畫面。可以顯示出主體設備之間的聯鎖狀態示意圖，圖中標注參數：高壓系統的操作及聯鎖條件；變壓器操作聯鎖條件；水冷系統的聯鎖條件；各個設備的動作聯鎖條件；其他聯鎖條件。

⑦水冷系統監測及保護畫面。顯示參數：總管及各支路冷卻水流量；進水壓力、溫度及水壓低報警；爐體冷卻水溫度，溫度過高及缺水報警；爐蓋冷卻水溫度，溫度過高及缺水報警；Ａ、Ｂ、Ｃ相水冷電纜冷卻水出口溫度，溫度過高及缺水高報警；Ａ、Ｂ、Ｃ相導電橫壁冷卻水出口溫度，溫度過高及缺水報警。

（２）手動操作控制命令。一套命令窗口允許操作員對整體或詳細的模擬裝置進行控制，通過點擊裝置圖標附近的圖形按鈕，命令窗口隨即出現，表明設備的實際狀態，每個命令都有一個帶標簽的按鈕，可發送指令。使用此圖形按鈕可將命令發送給設備，很快能在相同窗口內看到其狀態的反饋。

（３）報警管理。

系統對工藝和區域設備狀態進行連續檢測，一旦檢測到問題，“報警”立即發送給操作員，出現在ＨＭＩ監視器的底行。自動顯示記錄提供下列信息：報警說明（文本式，包括出現的日期和時間）；報警類型（嚴重等級）；報警狀態（激活的／終止的，認知的／未認知的，故障發生、恢復時間）；嚴重故障，在當前畫面上彈出報警窗口。

（４）趨勢曲線。

趨勢曲線包括：實時趨勢曲線，zui重要的過程變量以實時趨勢顯示在專用窗口；歷史趨勢曲線記錄。

（５）輸入數據。

通過ＨＭＩ畫面上指定的輸入字段和窗口，可以手動輸入或更改過程控制數據的設定點，這些內在相依或邏輯上相連的設定點作為一組顯示。

３．３電爐各動作描述

通過ＰＬＣ控制和ＷｉｎＣＣ監控顯示，控制系統能夠完成下列工作。

３．３．１裝料

在爐蓋上升并旋開后進行裝料，此時傾動平臺必須保持水平狀態（鎖定銷伸出鎖定），旋轉裝置下方支撐滾輪應該可靠支撐在導軌上。

在進行爐蓋操作時，高壓必須分閘，三相電極上升到頂，爐蓋操作的動作順序為：爐蓋上升－旋開－裝料－旋回－下降。具體操作方法如下。

（１）爐蓋升降操作。傾動平臺必須在水平狀態，爐頂無人情況下旋動轉換開關至“爐蓋上升（下降）”位置。

（２）爐蓋旋開操作。旋動轉換開關至“爐蓋旋開”位置，爐蓋旋轉到位后，發出燈光指示。

（３）爐蓋旋回操作。旋動轉換開關至“爐蓋旋回”位置，旋回到位后，發出燈光指示。

３．３．２正常冶煉

在爐子冶煉過程中，傾動平臺需保持自由狀態（鎖定銷為縮回狀態），爐子可隨時前傾或后傾。冶煉時的動作包括：

（１）爐蓋升降、旋轉操作。

（２）電極升降動作。冶煉工作的前提是爐體處于工作狀態（水平自由狀態），爐蓋處于工作位置（旋回、低位蓋嚴）。正常冶煉過程中，電極升降動作由電極升降調節器自動控制。自動模式下，在電極自動升降系統中，信號變換電路及輸入模塊采集系統將采集到的各相弧流、弧壓、電爐變壓器電壓等級及其他相關的給定信號送入ＰＬＣ。根據Ｕａｒｃ／Ｉａｒｃ＝Ｒａｒｃ數學模型，實行電弧等效阻抗控制，即電極位置為zui佳值的控制思想，能夠保證三相電壓基本平衡，并實現系統自診斷功能。經ＰＬＣ控制器的ＰＩＤ運算處理，其輸出信號通過ＡＯ模塊驅動比例閥放大器，zui后控制電極升降比例閥，對電極位置進行自動調節。在控制過程中，給定功率指令時刻保持運行功率為給定值，從而達到控制輸入到爐內的功率為zui佳值，滿足冶煉工藝要求。此調節系統還具有防止電極插入鋼水的保護功能。

（３）爐體傾動操作。前提是爐蓋必須在工作位置（旋回狀態且爐蓋處于低位蓋嚴狀態），前后支撐及鎖定解除（爐體處于傾動自由狀態）。傾爐操作在爐前、爐后電氣操作臺上均有設置，爐后電氣操作臺上設傾爐允許選擇開關。正常冶煉過程中，通過傾爐控制可實現爐體位置調整、出渣操作和出渣。爐體傾動在爐前、爐后電氣操作臺均有設置，爐前臺主要控制出鐵及出鐵完畢之后爐體的后傾動作（搖平），爐后臺主要控制出渣及出渣完畢爐體回傾。爐體前傾出鐵zui大角度為４０°，爐體后傾出渣正常角度為０～１５°，正常速度０．５°～１°

／ｓ。

３．３．３出渣

爐子出渣操作不斷電，爐蓋處于工作位置（旋回狀態且爐蓋處于低位蓋嚴），前后支撐及鎖定解除（爐體處于傾動自由狀態），出渣（半成品）至電熔窯。

３．３．４電極下放接長及更換（電極夾緊裝置放松）

操作時，高壓真空開關在分閘位置，爐體處于水平狀態，操作人員在爐前臺操作，當操作電極松開時，旋動該相轉換開關中的對應相至“松開”即可；當操作電極夾緊時，旋動該相轉換開關中的對應相至“夾緊”位置即可。

３．３．５爐門啟閉操作

操作人員在爐前臺操作，將爐門轉換開關置于“上升”位置，爐門即開啟；將爐門轉換開關置于“關閉”位置，爐門即關閉。

３．３．６冷卻水系統的爐前操作

首先檢查總進水壓力是否達到工作壓力，然后打開總進水閥；操作爐體分別向出鋼和爐門方向傾動，以利放氣；打開各組閥門并注意冷卻用戶點；確保水流通暢；檢查各部位應無泄漏。

在熱爐狀態下，密切注意各部位回水溫度，進水溫度應確保＜３５℃。正常運行過程中斷電不斷水，事故停電狀態下，需通入事故用水，水量１００ｍ３／ｈ，保持０．５ｈ。

４結語

兩年的生產實踐證明，該系統能夠滿足生產需求，對于降低勞動強度，改善操作條件，提高勞動效率，增加生產效益起到了積極的作用。