浅析磁浮子翻板液位计自动化在高炉渣矿岩棉生产中的应用

摘　要：本文介绍了高炉渣矿岩棉生产工艺、磁浮子翻板液位计系统的组成，重点阐述了磁浮子翻板液位计控制系统的硬件组成和系统实现。

０引言

唐山惠唐新事业股份有限公司根据国家科技支撑计划中高炉熔渣调质及直接成纤技术研发的课题内容，以课题终试结论为依据在唐山中厚板材有限公司院内建设唐钢高炉渣矿渣棉生产线。该项目工艺是利用高炉热渣进行调质处理后，直接生产矿渣岩棉。

１高炉渣矿岩工艺

生产线由２座调质电炉、１条矿渣岩棉板生产线和１条粒化棉生产线组成，同时配套相应的公辅设施。工艺流程为液态熔渣直接通过电炉调质处理后，经成纤制棉生产线进行生产，如图１所示。该工艺能有效解决环保除尘的问题，同时，有效利用了液态熔渣的热量，大大降低了原始工艺对能源的消耗。

其生产环节主要包括：

（１）电炉工艺。在整个矿渣岩棉生产工艺中，通过磁浮子翻板液位计对加入的高炉熔渣进行冶炼，为后续矿渣棉生产线提供所需的高温熔渣。

（２）矿棉板生产线工艺。高温熔渣通过离心机，集棉机等生产后得到矿渣岩棉板、棉条、粒状棉等zui终产品。

２磁浮子翻板液位计系统组成

磁浮子翻板液位计机械部分由炉体、倾动装置、水冷炉盖、炉盖提升及旋转装置、电极升降装置、短网系统、液压系统、冷却水系统、压缩空气系统、集中润滑装置等组成。炉子总体采用高架式布置连体式结构，炉盖旋开顶装料，出渣槽出渣。

电气设备包括１０ｋＶ高压供电系统、电炉变压器、低压电气设备、自动控制系统。

３磁浮子翻板液位计自动控制系统

３．１硬件组成

磁浮子翻板液位计自动控制系统有两套，采用德国ＳＩＥＭＥＮＳ的Ｓ７－３００系列ＰＬＣ，下设２个ＥＴ２００Ｍ远程站。具体模块需求如表１所示，硬件配置如图２所示。

３．２系统实现

该系统釆用ＳＩＥＭＥＮＳ的ＳＴＥＰ７Ｖ５．５软件编程。其有手动，自动两种操作方式，操作人员通过安装在操作台上的转换开关进行生产选择。炉体、装料、出渣、换电极、炉门启闭等操作使用手动模式；电极升降动作由电极升降调节器控制，一般运行在自动模式，在某些特定情况下可以进行手动干预，此时手动优先。

两台操作员站设置在磁浮子翻板液位计操作室，分别对１＃、２＃磁浮子翻板液位计电极调节、电炉工况（含液压站、冷却水系统）进行监视和控制。采用ＳＩＥＭＥＮＳ的ＷｉｎＣＣ　Ｖ７．０进行画面组态，操作界面如图３所示。

其人机界面可以实现以下功能。

（１）设备模拟图。

设备模拟图用来向操作员动态地显示电炉系统设备的组成状态，至少包括下列图形窗口。

①电炉主画面。显示电炉系统总体图，以及主要运行参数，包括：炉体状态；Ａ、Ｂ、Ｃ相电极夹持器状态；三相电弧电压、电流；冷却水压力、温度、流量；液压系统压力、温度；本炉次电耗累计值；工艺操作控制曲线。

②高压系统画面。显示高压系统示意图以及参量，包括：隔离开关状态；变压器档位状态；变压器冷却器状态；变压器油位、油温；变压器轻瓦斯、重瓦斯报警；变压器分接开关轻瓦斯、重瓦斯报警；变压器调压状态。

③液压系统画面。通过液压泵站的传感器及变送器，检测液压系统各个过滤器堵塞信号，液压系统压力过高、压力过低信号，贮液箱液位高、液位低信号，贮液箱温度过高、过低信号，液压泵电机过载、循环泵电机过载信号，液压泵启动／停止控制信号，循环泵启／停控制信号，液压泵工作主泵选择信号，液压泵联锁信号，循环泵联锁信号，液压系统压力信号。磁浮子翻板液位计将系统实际压力数值送入ＰＬＣ，至计算机监控站显示。

循环泵和液压泵可以实现炉前控制室和现场两地启停控制，运行泵发生故障时，备用液压泵可自动切换投入使用，运行泵和备用泵可以定时自动切换。

④电极调节系统画面。可以显示出三相电极是否通电示意图，图中标注参数：变压器二次侧电压挡位设定值；三相电弧电流设定值；三相电弧电流实际值；三相电弧电压实际值；比例阀控制信号值。另外，在画面上可以进行电极升降的手自动控制，可以设定电弧电流。

⑤主体设备状态及位置画面。可显示出主体设备状态及位置示意图，图中标注参数：炉盖状态及位置；倾炉平台状态及位置；电极状态及位置；高压断路器状态及位置；液压高压泵工作状态。

⑥各种操作之间的联锁状态画面。可以显示出主体设备之间的联锁状态示意图，图中标注参数：高压系统的操作及联锁条件；变压器操作联锁条件；水冷系统的联锁条件；各个设备的动作联锁条件；其他联锁条件。

⑦水冷系统监测及保护画面。显示参数：总管及各支路冷却水流量；进水压力、温度及水压低报警；炉体冷却水温度，温度过高及缺水报警；炉盖冷却水温度，温度过高及缺水报警；Ａ、Ｂ、Ｃ相水冷电缆冷却水出口温度，温度过高及缺水高报警；Ａ、Ｂ、Ｃ相导电横壁冷却水出口温度，温度过高及缺水报警。

（２）手动操作控制命令。一套命令窗口允许操作员对整体或详细的模拟装置进行控制，通过点击装置图标附近的图形按钮，命令窗口随即出现，表明设备的实际状态，每个命令都有一个带标签的按钮，可发送指令。使用此图形按钮可将命令发送给设备，很快能在相同窗口内看到其状态的反馈。

（３）报警管理。

系统对工艺和区域设备状态进行连续检测，一旦检测到问题，“报警”立即发送给操作员，出现在ＨＭＩ监视器的底行。自动显示记录提供下列信息：报警说明（文本式，包括出现的日期和时间）；报警类型（严重等级）；报警状态（激活的／终止的，认知的／未认知的，故障发生、恢复时间）；严重故障，在当前画面上弹出报警窗口。

（４）趋势曲线。

趋势曲线包括：实时趋势曲线，zui重要的过程变量以实时趋势显示在专用窗口；历史趋势曲线记录。

（５）输入数据。

通过ＨＭＩ画面上指定的输入字段和窗口，可以手动输入或更改过程控制数据的设定点，这些内在相依或逻辑上相连的设定点作为一组显示。

３．３电炉各动作描述

通过ＰＬＣ控制和ＷｉｎＣＣ监控显示，控制系统能够完成下列工作。

３．３．１装料

在炉盖上升并旋开后进行装料，此时倾动平台必须保持水平状态（锁定销伸出锁定），旋转装置下方支撑滚轮应该可靠支撑在导轨上。

在进行炉盖操作时，高压必须分闸，三相电极上升到顶，炉盖操作的动作顺序为：炉盖上升－旋开－装料－旋回－下降。具体操作方法如下。

（１）炉盖升降操作。倾动平台必须在水平状态，炉顶无人情况下旋动转换开关至“炉盖上升（下降）”位置。

（２）炉盖旋开操作。旋动转换开关至“炉盖旋开”位置，炉盖旋转到位后，发出灯光指示。

（３）炉盖旋回操作。旋动转换开关至“炉盖旋回”位置，旋回到位后，发出灯光指示。

３．３．２正常冶炼

在炉子冶炼过程中，倾动平台需保持自由状态（锁定销为缩回状态），炉子可随时前倾或后倾。冶炼时的动作包括：

（１）炉盖升降、旋转操作。

（２）电极升降动作。冶炼工作的前提是炉体处于工作状态（水平自由状态），炉盖处于工作位置（旋回、低位盖严）。正常冶炼过程中，电极升降动作由电极升降调节器自动控制。自动模式下，在电极自动升降系统中，信号变换电路及输入模块采集系统将采集到的各相弧流、弧压、电炉变压器电压等级及其他相关的给定信号送入ＰＬＣ。根据Ｕａｒｃ／Ｉａｒｃ＝Ｒａｒｃ数学模型，实行电弧等效阻抗控制，即电极位置为zui佳值的控制思想，能够保证三相电压基本平衡，并实现系统自诊断功能。经ＰＬＣ控制器的ＰＩＤ运算处理，其输出信号通过ＡＯ模块驱动比例阀放大器，zui后控制电极升降比例阀，对电极位置进行自动调节。在控制过程中，给定功率指令时刻保持运行功率为给定值，从而达到控制输入到炉内的功率为zui佳值，满足冶炼工艺要求。此调节系统还具有防止电极插入钢水的保护功能。

（３）炉体倾动操作。前提是炉盖必须在工作位置（旋回状态且炉盖处于低位盖严状态），前后支撑及锁定解除（炉体处于倾动自由状态）。倾炉操作在炉前、炉后电气操作台上均有设置，炉后电气操作台上设倾炉允许选择开关。正常冶炼过程中，通过倾炉控制可实现炉体位置调整、出渣操作和出渣。炉体倾动在炉前、炉后电气操作台均有设置，炉前台主要控制出铁及出铁完毕之后炉体的后倾动作（摇平），炉后台主要控制出渣及出渣完毕炉体回倾。炉体前倾出铁zui大角度为４０°，炉体后倾出渣正常角度为０～１５°，正常速度０．５°～１°

／ｓ。

３．３．３出渣

炉子出渣操作不断电，炉盖处于工作位置（旋回状态且炉盖处于低位盖严），前后支撑及锁定解除（炉体处于倾动自由状态），出渣（半成品）至电熔窑。

３．３．４电极下放接长及更换（电极夹紧装置放松）

操作时，高压真空开关在分闸位置，炉体处于水平状态，操作人员在炉前台操作，当操作电极松开时，旋动该相转换开关中的对应相至“松开”即可；当操作电极夹紧时，旋动该相转换开关中的对应相至“夹紧”位置即可。

３．３．５炉门启闭操作

操作人员在炉前台操作，将炉门转换开关置于“上升”位置，炉门即开启；将炉门转换开关置于“关闭”位置，炉门即关闭。

３．３．６冷却水系统的炉前操作

首先检查总进水压力是否达到工作压力，然后打开总进水阀；操作炉体分别向出钢和炉门方向倾动，以利放气；打开各组阀门并注意冷却用户点；确保水流通畅；检查各部位应无泄漏。

在热炉状态下，密切注意各部位回水温度，进水温度应确保＜３５℃。正常运行过程中断电不断水，事故停电状态下，需通入事故用水，水量１００ｍ３／ｈ，保持０．５ｈ。

４结语

两年的生产实践证明，该系统能够满足生产需求，对于降低劳动强度，改善操作条件，提高劳动效率，增加生产效益起到了积极的作用。