1、引言
一钢厂“平改电”工程经过两年多紧张的准备、设计、施工和调试后，其电炉系统己于2000年1月正式投产。
该电炉由太钢二钢厂60年代末引进的aesa公司的50t电炉改造而成。其基本工艺为炉盖旋开顶装料，偏心底出钢。电炉设备主要由以下部分组成；炉体、水冷炉盖、倾动机构、电极升降机构、炉盖提升旋转机构、大电流线路、维修装置、加料装置、水冷、气动系统、液压系统等。
其电气控制采用电控、仪控及计算机控制三电一体考虑，计算机控制系统由操作员站、三台可编程控制器和五个远程i/o站组成。涉及开关量输入输出点800多个、模拟量输入输出40多路，通过siemens profibus网络实现其数据传递。
2、工艺及控制功能简介
电炉是冶金生产的初始环节，目的是将废钢和铁水炼成钢水，供给生产的下环节——精炼炉，电炉对产品的产量、质量和成本都有直接的影响。其工艺及控制功能见图1；
该电炉装料方式为炉盖旋开式顶装料，装料过程完毕后，下降电极，利用电极与炉料之间产生的电弧熔炼炉料，熔炼中可通过炉门吹氧或加料以加温和改善钢水成分，出钢时，倾动炉体，利用偏心底出钢，钢水由出钢车运输至下一环节。熔炼过程中，炉壁与炉盖通过水冷方式降温，炉盖、炉体以及电极等的各种动作均通过液压实现。
自动控制方面，冷却水控制、液压控制、电极弧流的调节、碳氧枪的控制、油氧烧嘴的控制、数据的传输以及温度、流量等信号的采集与处理均为电炉生产的重要环节。本系统就是对上述参量进行检测、控制、运算、显示、报警及记录。
3、计算机系统控制方式
整个电炉的计算机控制系统采用西门子公司的s7-300可编程序控制器，它通过二个开放的标准化现场总线profibus-dp网络连接各个部件，构成分布式集散控制系统，对现场的控制部件实行在线调试、诊断。通过profibus-s7网络与上位机实现数据共享，使交流电弧和钢包精炼炉有机的组成一个整体，实现炼钢自动化。
控制方式为全线plc程序控制，实现顺控、逻辑控制、联动和联锁，以及信号传输、报警和数据采集等，必要时人工（通过按钮或旋转开关）参与紧急处置以至停机。plc作为全线枢纽，必需具备如下的优点；
·实现无接点控制，减少继电器接触系绞频繁出现的接触不良故障。
·可方便的实现逻辑控制、数字运算。
·拥有大存储量的内、外存储器，能建立生产过程的多种数据库。
·编程较容易，能用多种方式编程。
·能与上位机联网和完成与各控制单元之间的通讯，实现自动化控制与管理。
·可靠性高，具有故障自诊断的能力。
·可按装置要求选择标准模块进行组合。
·抗干扰能力强，有多种屏蔽和联锁措施，适合在电炉强磁场条件下工作。
综上所述，在控制复杂、数据处理量大的电控系统中，使用大型plc实现其控制任务，在控制精度、安全性、维护量以及性能价格比方面都是首选方案。
4、计算机系统构成
计算机系统主要由操作员站os1、os2，三台s7-300plc可编程控制器as1、aslas3，siemens profibus-s7及profibus-dp网、检测及执行元器件组成，并用五台et200接收主操作室plc主机的输出控制信号，使现场布线简单化。计算机系统的构成见图2。
4.1操作员站
操作员站作为系统的人机界面，通过wincc实现与下位机的对话，通过profibus-s7网对系统进行实时监控。本系统选用台湾研华公司生产的advantech610工业型计算机及siemens网络通讯卡cp-5412实现与plc的数据共享。
4.2plc可编程控制器
系统采用三台siemens s7-300可编程控制器as1、as2、as3实现对电炉的基础控制，其配置主要有主机架、扩展机架、电源、cpu、接口模块、通讯模块、以及数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块等。
4.2.1 as1（s7-315-2dp）用于实现炉体的基本控制，设置以下profibus-dp远程：
·et200m-1；液压泵站的控制
·et200m-2；液压阀台的控制
·et200m-3；炉前操作的控制
·et200m-4；炉后操作的控制
·et200m-5；碳氧枪操作的控制。
4.2.2 as2（s7-315）用于实现电极系统的调节
电极调节是电炉炼钢的关键所在，由一台s7-300独自组成电弧炉的一个自动控制系统，完成对电弧炉内弧电流及电压的调节，系统中另设计有一套手动调节控制，在非正常情况下，可脱机手动对电极进行人工升降操作。
电极调节器控制系统根据变压器电压档自动设置输入炉内的弧流；
1——档时电压为32ka
7一一9档时电压为3oka w
10一一11档时电压为28ka
l2——19档时电压为32ka
起弧控制；当系统运行时在高压合闸后冶炼开始，三相电极自动下降，在任一相电极接触到导电炉料时，该相电极自动停止下降，直至另一相电极起弧后第一相电极自动起弧。
操作员站主画面的三相弧压及弧流指示信号及电耗和三相电流，三相电压及三相功率的历史曲线指示画面的数据均取自电极调节器控制系统，如果电极调，节器控制系统的运行停止，则上述画面皆为零。
plc电极调节器数字控制系统和opa电极调节器模拟系统共用一套伺服电流放大电路、一套三相弧流信号和三相弧压信号的数据采样和信号转换电路，三相弧流信号和三相弧压信号的采样和转换的速率及精度将直接影响系统的控制效果。
4.2.3 as3（s7-315）完成油氧烧嘴的控制。
4.3 siemens proflbus-s7及prof l bus-dp网
siemens profibijs-s7网由同轴电缆及收发器组成。
采用通讯处理模块cp342-5和通讯卡cp-541以方便的实现s7-300与操作员站及网络的通讯。
profibus-dp用于自动化系统与其外围设备、现场设备之间数据传输率要求较高的场合，该网络具有响应时间短、抗干扰性强等优点。
4.4检测及元器件
本系统的检测和执行元器件包括测温、侧压、电磁流量计、电流互感器及电磁阀等。
5、应用软件的选择
5.1 wincc组态软件及应用
本系统操作员站由通用工业pc、pc操作系统，配上通用工控组态软件组成。通用工控组态软件选用西门子公司的windows control center。该软件以windows为软件平台，是一个全面开放的软件。
wincc可将过程或生产中发生的事件清楚地记录、显示出来，完成参数设定、操作控制和动态画面监视的功能。它显示当前状态并按顺序记录，所记录的数据可以全部显示或有选择地简要显示，亦可编辑、输出。wincc提供各种功能块用于以上功能，结合用户程序进行信息处理、测量值处理和报表打印。运行时，具有很强的实时性。
5.2控制系统应用程序
本控制系统的plc程序基于siemens公司编程软件平台step7设计开发而成，程序设计采用结构化编程，应用ob块、fb块、fc块及相关数据块db组成对整台电炉的自动控制程序。
step7在线调试直观、便捷，可用梯形图（lad）、功能块（fbd）语句表（stl）方式编程。
6、结束语
改造后的50t电炉已在太钢第一炼钢厂正式投运，自动化水平高、运行稳定、操作简便、故障率低、纬修量小，达到国内先进水平。
计算机过程控制与工艺上新技术的运用大大地缩短了冶炼时间，降低了吨钢消耗，取得了好的经济效益。
