前言
提高煉鋼的自動化水平，對保障煉鋼鋼水質量、提高煉鋼的勞動生產率起著至關重要的作用。由于鋼廠廠區結構緊湊，生產場地設計局促，生產流程如果完全由人工手動控制完成容易造成鋼水輸送緊張以致不暢；另外操作環境惡劣對人工操作也具有一定的難度和危險度。因此，在煉鋼過程中實現全自動控制非常重要，使得整個設備操作更加安全、可靠，大大的提高了整個煉鋼工藝的連續性，減少了故障率，同時也提高了煉鋼的勞力生產率。
測溫取樣裝置是為了在煉鋼出鋼后對鋼水進行測溫及取樣，為煉鋼過程控制提供溫度及化學成份參數，作為煉鋼過程工藝操作的依據。我所于2004年2月承建上海寶鋼集團一鋼公司煉鋼區及不銹鋼煉鋼區測溫取樣裝置的設計和研究。該測溫取樣裝置是為配合不銹鋼及碳鋼熱軋板卷技術改造項目煉鋼工程配套而建，總共設計有十一套測溫取樣自動控制系統。
1、測溫取樣裝置簡介
測溫取樣裝置由機械設備、儀表系統和自動控制系統三部分組成的機電一體品設備。機械設備包括鋼結構平臺、測溫取樣槍本體，探頭存儲箱組成。鋼結構平臺直接安裝并固定在預先制作的基礎上，用于給測溫取樣槍本體安裝提供支撐和設備檢修提供條件。儀表系統選用現今各大鋼廠普遍應用的賀利氏電測騎士數字測溫取樣儀表。自動控制系統由基于西門子的S7-300 PLC站， ET200M遠程站以及6ES70系列變頻器和組成。通過ProFibus-DP現場總線實現與測溫取樣系統遠程I/O站ET200M、6ES70系列變頻器之間的通訊。
2、測溫取樣裝置型式及主要參數
2.1 型式：支撐臺加測溫槍本體；
2.2 電機減速機：3.7KW，380V，50Hz，1500rpm，電機內制動，帶手動釋放；
2.3 測溫取樣槍傳動方式：雙排鏈傳動；
2.4 位置行程控制：限位開關，增量型編碼器；
2.5 裝置的最大行程：7220mm
2.6 裝置運行速度： 30m/min~3m/min；
2.7停位精度：±20mm
2.8 行程計算參數：(行程值：指測溫槍位于初始位時，從測溫探頭到液面的距離)
3、控制原理分析、系統組成
3.1 控制原理分析
系統控制主要是在裝鋼水的鋼包抵達指定工作位后，由上一級系統發出指令控制測溫取樣裝置工作。裝置行走由變頻器控制，由上、下限位開關對槍體上、下運行做極限保護，由編碼器計數測量槍體行走行程進行調速停位、測量進入鋼水液面行程，保證測溫取樣的準確性，測溫取樣儀表發出信號實現迅速回位、準確停車及溫度信號采集，完成一次動作循環。在此同時通過懸掛式補償導線將測溫的溫度信號傳輸到相關控制單元及儀表上反映。
3.2控制系統組成
3.2.1 控制系統電氣組成
綜合分析測溫取樣機械和工藝對控制系統的要求，控制系統采用如下圖1的硬件結構。
圖1：系統總體硬件配置結構圖
控制系統采用西門子SIMATIC S7-300 PLC作為基礎控制裝置，根據槍體設備的實際需要采用分布式模式，在現場安裝有現場操作箱，將I/O子站安裝在槍體框架上，槍體上相應的控制信號直接送入子站，子站只需要一根PROFIBUS－DP現場通訊總線和一根電源線與PLC總站相連實現信息的上下傳輸，給現場操作帶來很大的方便，同時，由于電氣室和測溫取樣裝置之間有一定間距，因此采用該控制方式減少了用戶在電纜上的投資，也減少了鋪設電纜所需的設備材料和人力資源，同時還減少了從現場到電氣室的硬線連接，從而增加了信號的可靠性，為以后的檢修和維護都帶來了方便。另外該系統這樣的配置方式具有很好的可擴展性，如果現場需求有所變化，增加控制信號或改進控制自動化程度，都可直接將信號就近接入到I/O子站，方便設計及施工。
3.2.2 控制系統儀表組成
本系統采用賀利氏電測騎士數字測溫取樣儀表DTK-A-II，該儀表具有先進的的模式、可靠的性能和超強的數據處理功能，以及可靠的部件和面向系統的操作軟件確保測量數據的精確可靠。儀表主要用于浸入式測溫，通過測槍端部的熱電偶來測量溫度，可連續測溫，具有完善的數據輸出功能。
4、控制系統應用軟件
4.1 PLC軟件功能：
根據裝置動作要求，在PLC軟件控制中，測溫取樣裝置分為手動、半自動和自動三種工作方式，三種方式的切換在現場操作裝置上完成。裝置可一次性完成測溫及取樣功能，也能分別完成測溫和取樣功能。
1）手動控制。手動控制主要用于現場設備維護和檢修，不受任何外部聯鎖條件限制，操作工由此檢測設備運行的可靠性及系統運行的可靠性。除此，也可在實際的生產中使用，只是要求操作工的熟練程度要高。
2）半自動控制。半自動控制主要用于在已知鋼水液面深度的情況下，人工選擇槍體行走行程，進行測溫取樣操作，同時實現單獨的取樣功能。在現場設備維護和檢修時，是檢測設備準確定位停車精度的主要方式，這要求編碼器信號讀入及處理的可靠性高。
3）自動控制。自動控制主要應用于生產實踐中，無需人工干涉,獨立完成設備所要達到的工藝要求，這要求測溫取樣儀表發出信號的可靠性高，控制系統響應快，變頻控制可靠。
操作開始應保證測溫槍在初始位也即在編碼器的校零位，鋼水罐車到達測溫取樣位，測溫取樣探頭安裝完畢，根據上一工序提供的鋼水液面參數設定行程檔位（半自動方式下）或不設定行程檔位（自動方式下），準備開始工作。測溫取樣功能執行完畢，使得測溫槍回到初始位也即在編碼器的校零位，編碼器計數清零。
4.2 S7-300和6ES70變頻器通訊參數設置：
槍體的行走完全由6ES70變頻器控制，控制指令由S7-300向變頻器發出。在此系統中，我們需要在變頻器中增加一塊CBP Profibus通訊板完成S7-300與變頻器中CUVC板的通訊。PLC和變頻器通過通訊傳送控制狀態如圖2所示。
圖2：PLC和變頻器通訊
4.2.1 實現通訊在PLC軟件編程中的工作
在STEP7編程中需要調用系統功能塊SFC14和SFC15，SFC15是PLC向變頻器進行寫控制，實現對變頻電機的啟/停、加/減速、急停、故障停車等控制信號的傳遞，SFC14是PLC向變頻器進行讀控制，實現對當前變頻電機運行狀態等控制信號的傳遞。
圖2：PLC和變頻器通訊
4.2.1 實現通訊在PLC軟件編程中的工作
在STEP7編程中需要調用系統功能塊SFC14和SFC15，SFC15是PLC向變頻器進行寫控制，實現對變頻電機的啟/停、加/減速、急停、故障停車等控制信號的傳遞，SFC14是PLC向變頻器進行讀控制，實現對當前變頻電機運行狀態等控制信號的傳遞。
4.2.2 實現通訊對變頻器應做的工作
S7-300和變頻器CUVC板之間通訊，S7-300發送給變頻器CUVC板的參數在CUVC板中設置，如下表所示：
5、結束語
整套控制系統經過現場調試后，經過近兩年的運行，系統良好穩定，測溫取樣成功率高，控制精度高，滿足了現場的工藝要求，達到了預期的效果。由于系統的運行效果好，又節約勞力，該廠在二期建設中也上了該系統，至今設備已調試完畢且投入使用，控制效果均良好。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
