1、引言
一鋼廠「平改電」工程經過兩年多緊張的準備、設計、施工和調試后，其電爐系統己於2000年1月正式投產。
該電爐由太鋼二鋼廠60年代末引進的AESA公司的50t電爐改造而成。其基本工藝為爐蓋旋開頂裝料，偏心底出鋼。電爐設備主要
由以下部分組成；爐體、水冷爐蓋、傾動機構、電極升降機構、爐蓋提升旋轉機構、大電流線路、維修裝置、加料裝置、水冷、氣動系統、液壓系統等。
其電氣控制採用電控、儀控及計算機控制三電一體考慮，計算機控制系統由操作員站、三台可編程控制器和五個遠程I/O站組成。涉及開關量輸入輸出點800多個、模擬量輸入輸出40多路，通過Siemens Profibus網路實現其數據傳遞。
2、工藝及控制功能簡介
電爐是冶金生產的初始環節，目的是將廢鋼和鐵水煉成鋼水，供給生產的下環節——精鍊爐，電爐對產品的產量、質量和成本都有直接的影響。其工藝及控制功能見圖1；
該電爐裝料方式為爐蓋旋開式頂裝料，裝料過程完畢后，下降電極，利用電極與爐料之間產生的電弧熔煉爐料，熔煉中可通過爐門吹氧或加料以加溫和改善鋼水成分，出鋼時，傾動爐體，利用偏心底出鋼，鋼水由出鋼車運輸至下一環節。熔煉過程中，爐壁與爐蓋通過水冷方式降溫，爐蓋、爐體以及電極等的各種動作均通過液壓實現。
自動控制方面，冷卻水控制、液壓控制、電極弧流的調節、碳氧槍的控制、油氧燒嘴的控制、數據的傳輸以及溫度、流量等信號的採集與處理均為電爐生產的重要環節。本系統就是對上述參量進行檢測、控制、運算、顯示、報警及記錄。
3、計算機系統控制方式
整個電爐的計算機控制系統採用西門子公司的s7-300可編程序控制器，它通過二個開放的標準化現場匯流排PROFIBUS-DP網路連接各個部件，構成分散式集散控制系統，對現場的控制部件實行在線調試、診斷。通過PROFIBUS-S7網路與上位機實現數據共享，使交流電弧和鋼包精鍊爐有機的組成一個整體，實現鍊鋼自動化。
控制方式為全線PLC程序控制，實現順控、邏輯控制、聯動和聯鎖，以及信號傳輸、報警和數據採集等，必要時人工（通過按鈕或旋轉開關）參與緊急處置以至停機。PLC作為全線樞紐，必需具備如下的優點；
·實現無接點控制，減少繼電器接觸系絞頻繁出現的接觸不良故障。
·可方便的實現邏輯控制、數字運算。
·擁有大存儲量的內、外存儲器，能建立生產過程的多種資料庫。
·編程較容易，能用多種方式編程。
·能與上位機聯網和完成與各控制單元之間的通訊，實現自動化控制與管理。
·可靠性高，具有故障自診斷的能力。
·可按裝置要求選擇標準模塊進行組合。
·抗干擾能力強，有多種屏蔽和聯鎖措施，適合在電爐強磁場條件下工作。
綜上所述，在控制複雜、數據處理量大的電控系統中，使用大型PLC實現其控制任務，在控制精度、安全性、維護量以及性能價格比方面都是首選方案。
4、計算機系統構成
計算機系統主要由操作員站OS1、OS2，三台S7-300PLC可編程式控制制器AS1、ASLAS3，SIEMENS PROFIBUS-S7及PROFIBUS-DP網、檢測及執行元器件組成，並用五台ET200接收主操作室PLC主機的輸出控制信號，使現場布線簡單化。計算機系統的構成見圖2。
4.1操作員站
操作員站作為系統的人機界面，通過WinCC實現與下位機的對話，通過PROFIBUS-S7網對系統進行實時監控。本系統選用台灣研華公司生產的ADVANTECH610工業型計算機及SIEMENS網路通訊卡CP-5412實現與PLC的數據共享。
4.2PLC可編程式控制制器
系統採用三台SIEMENS S7-300可編程式控制制器AS1、AS2、AS3實現對電爐的基礎控制，其配置主要有主機架、擴展機架、電源、CPU、介面模塊、通訊模塊、以及數字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊等。
4.2.1 AS1（S7-315-2DP）用於實現爐體的基本控制，設置以下PROFIBUS-DP遠程：
·ET200M-1；液壓泵站的控制
·ET200M-2；液壓閥台的控制
·ET200M-3；爐前操作的控制
·ET200M-4；爐后操作的控制
·ET200M-5；碳氧槍操作的控制。
4.2.2 AS2（S7-315）用於實現電極系統的調節
電極調節是電爐鍊鋼的關鍵所在，由一台S7-300獨自組成電弧爐的一個自動控制系統，完成對電弧爐內弧電流及電壓的調節，系統中另設計有一套手動調節控制，在非正常情況下，可離線手動對電極進行人工升降操作。
電極調節器控制系統根據變壓器電壓檔自動設置輸入爐內的弧流；
1——檔時電壓為32KA
7一一9檔時電壓為3OKA w
10一一11檔時電壓為28KA
l2——19檔時電壓為32KA
起弧控制；當系統運行時在高壓合閘后冶鍊開始，三相電極自動下降，在任一相電極接觸到導電爐料時，該相電極自動停止下降，直至另一相電極起弧后第一相電極自動起弧。
操作員站主畫面的三相弧壓及弧流指示信號及電耗和三相電流，三相電壓及三相功率的歷史曲線指示畫面的數據均取自電極調節器控制系統，如果電極調，節器控制系統的運行停止，則上述畫面皆為零。
PLC電極調節器數字控制系統和OPA電極調節器模擬系統共用一套伺服電流放大電路、一套三相弧流信號和三相弧壓信號的數據採樣和信號轉換電路，三相弧流信號和三相弧壓信號的採樣和轉換的速率及精度將直接影響系統的控制效果。
4.2.3 AS3（S7-315）完成油氧燒嘴的控制。
4.3 SIEMENS PROFlBUS-S7及PROF l BUS-DP網
SIEMENS PROFIBIJS-S7網由同軸電纜及收發器組成。
採用通訊處理模塊CP342-5和通訊卡CP-541以方便的實現S7-300與操作員站及網路的通訊。
PROFIBUS-DP用於自動化系統與其外圍設備、現場設備之間數據傳輸率要求較高的場合，該網路具有響應時間短、抗干擾性強等優點。
4.4檢測及元器件
本系統的檢測和執行元器件包括測溫、側壓、電磁流量計、電流互感器及電磁閥等。
5、應用軟體的選擇
5.1 WinCC組態軟體及應用
本系統操作員站由通用工業PC、PC操作系統，配上通用工控組態軟體組成。通用工控組態軟體選用西門子公司的Windows Control Center。該軟體以Windows為軟體平台，是一個全面開放的軟體。
Wincc可將過程或生產中發生的事件清楚地記錄、顯示出來，完成參數設定、操作控制和動態畫面監視的功能。它顯示當前狀態並按順序記錄，所記錄的數據可以全部顯示或有選擇地簡要顯示，亦可編輯、輸出。Wincc提供各種功能塊用於以上功能，結合用戶程序進行信息處理、測量值處理和報表列印。運行時，具有很強的實時性。
5.2控制系統應用程序
本控制系統的PLC程序基於SIEMENS公司編程軟體平台STEP7設計開發而成，程序設計採用結構化編程，應用OB塊、FB塊、FC塊及相關數據塊DB組成對整台電爐的自動控制程序。
STEP7在線調試直觀、便捷，可用梯形圖（LAD）、功能塊（FBD）語句表（STL）方式編程。
6、結束語
改造后的50t電爐已在太鋼第一鍊鋼廠正式投運，自動化水平高、運行穩定、操作簡便、故障率低、緯修量小，達到國內先進水平。
計算機過程式控制制與工藝上新技術的運用大大地縮短了冶鍊時間，降低了噸鋼消耗，取得了好的經濟效益。
