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摘要：上世纪60年代PLC发明后，以PLC作为控制核心的控制技术越来越多的应用到工业领域中。本文讲述了西门子PLC S7-300产品在电渣炉炼钢中的设计方法。
关键词：电渣炉 PLC S7-300
把一般的冶炼方法（转炉、电炉或感应炉等）炼得的金属当作电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔，电极熔入渣池，在渣池底金属液结晶形成铸锭，即为电渣重熔钢，电渣炉也就是冶炼这种电渣重熔钢的设备。
这种钢相比较其他锻造钢的冶炼方法具有以下优点。首先，钢的质量好。在电渣作用下可以除去钢中大型非金属夹杂物，极好地脱硫、脱氧。以这种方式生产的钢纯洁度高，塑性和韧性比其他冶炼产品都好；钢液在水冷结晶器内凝固，冷却速度快，钢的结晶由下而上逐次进行，组织均匀，没有疏松和缩孔。其次，钢锭的利用率高。例如电渣钢锭100t，普通钢锭需120t；电渣钢锭240t，要得到同样大的锻件，则普通钢锭需要350t。锻件吨位越大，电渣钢锭比普通钢锭的利用率优势越大。再次，电渣炉设备简单，投资比大型电弧炉节省。在中国，特别是对于重型机器制造厂而言，采用小型电弧炉加电渣重熔方法，以小炼大，生产优质的特大型锻造钢锭更为优略。
目前，国内成熟的控制工艺是在冶炼过程中实行递减功率的方式，因为随着后期炉内的温度逐渐升高，如果不逐次减小冶炼的电压、电流，电渣钢的熔化速度会越来越快，这样电渣钢在重熔过程中就不会很好的冷却，容易产生裂纹、气孔，影响钢锭的质量。本文就是基于这种冶炼工艺，着重介绍PLC在冶炼过程中的应用。
一、系统介绍
本控制系统选用西门子300系列PLC作为主要控制设备，传动部分选用西门子440变频器。同时配备工业控制计算机，用于监视生产过程中各调节量的变化以及故障、报警信息的存储。系统编程软件：西门子STEP7 5.3，监控系统组态软件，西门子Win CC 6.0。
二、硬件组态
在本系统设计初期，首先应根据控制对象统计各个参与量，从而配置输入、输出模块的类型、点数。对西门子300系列PLC来说，如果控制对象比较多，除了配置主机架，还应该根据实际情况配置扩展机架，因为每个机架只能配置最多8个输入、输出模块或者功能模块。（硬件配置如下图1）
在本硬件组态中，第一个位置是PLC的电源模块，第二个位置是CPU模块，第三个位置应该放置扩展模块，但因为实际需要的模块一个机架上的位置完全可以满足，故不需要扩展模块，但是此位置必须空出。4-11位置可以分别放置PLC的其它功能和输入、输出模块。
因为本系统采用的变频器也是西门子产品，因此可以方便地使用工业PROFIBUS总线与PLC进行通讯连接，进行控制以及数据交换。
三、编制程序
操作指令是通过上位监控计算机以及操作台按钮实施。上位命令通过PROFIBUS-DP网络将指令输入到PLC内，然后经过PLC内的功能模块控制各部分的运行；同时系统将各监测点状态输入到PLC内，再通过PROFIBUS-DP网络输送到上位监控计算机上。通过西门子监控制作软件Win CC强大的功能，在上位监控计算机上就可以实现对系统各个部分的运行状态、数据显示、报警监控以及生产及原料消耗报表统计。
四、系统功能
西门子S7-300 PLC系列产品，采用最先进的现场总线分布式控制结构，系统接线简单，运行可靠，维护方便。PLC承担电渣炉全部设备运行的控制任务，设计尽量加强软件功能，简化设备操作，提高设备运行的可靠性。主要功能如下：
1.变压器调压及保护
合闸小车送到位以后，通过在操作台上的合闸（分闸）按钮或者通过监控计算机上制作的合闸（分闸）按钮，可以对变压器进行远程合闸（分闸）操作，对高压进行送电。冶炼过程中，根据炉况和冶炼工艺可以对变压器的二次电压进行调节，更好地达到与冶炼电流的匹配。
2.平台旋转与对中控制
为了调节电极与结晶器的位置，通过操作支臂旋转与平台X-Y方向移动，尽可能使电极中心线与结晶器中心线在一条直线上，从而更好地保护设备，减少事故发生。
3.自耗电极升降控制
升降控制有手动、自动两种方式。由PLC控制输出，实现在换电极，冶炼过程中支臂的升降。支臂上下均装有位置检测元件，可以使电极安全的运行在行程之内。
4.水气保护控制
通过PLC的模拟量输入、输出模块，可以采集并控制结晶器冷却水，保护罩惰性气体的压力、流量、温度，从而更好地保证设备安全运行和冶炼钢锭的纯净度。水温、压力、流量由传感器变送信号输入到模拟量输入模块，经过PID控制输出到模拟量输出模块，再由模拟量输出模块输出4～20mA电流或者0～10V电压信号控制相应的调节阀来进行控制。
5.熔炼的恒熔速控制
在正常的冶炼过程中，PLC系统将采集到的电极、结晶器重量信号以及编码器对电极的位置信号，按照控制理论计算、转换成熔速数据，同时根据设定的熔速作为参考，自动调节冶炼的电压、电流来控制熔速的大小，达到熔化钢水在结晶器内均匀形成，从而更好地形成钢锭。控制方法采用双闭环控制，保证系统的稳定运行。
五、结束语
PLC在电渣炉控制系统中的应用，可以大大简化设备的线路敷设，优化信号采集系统的监测以及大量的数据运算及工况分析，很大程度上解决维修麻烦，同时更好地稳定设备运行，保证产品质量。
作者简介：孙军宁（1980-），男，陕西西安，2003年毕业于西北工业大学电气工程及其自动化专业，主要从事工业电气传动中新产品的技术开发和工程设计工作。
关键词：电渣炉 PLC S7-300
把一般的冶炼方法（转炉、电炉或感应炉等）炼得的金属当作电极，通过熔渣电阻热进行二次重熔，电极熔入渣池，在渣池底金属液结晶形成铸锭，即为电渣重熔钢，电渣炉也就是冶炼这种电渣重熔钢的设备。
这种钢相比较其他锻造钢的冶炼方法具有以下优点。首先，钢的质量好。在电渣作用下可以除去钢中大型非金属夹杂物，极好地脱硫、脱氧。以这种方式生产的钢纯洁度高，塑性和韧性比其他冶炼产品都好；钢液在水冷结晶器内凝固，冷却速度快，钢的结晶由下而上逐次进行，组织均匀，没有疏松和缩孔。其次，钢锭的利用率高。例如电渣钢锭100t，普通钢锭需120t；电渣钢锭240t，要得到同样大的锻件，则普通钢锭需要350t。锻件吨位越大，电渣钢锭比普通钢锭的利用率优势越大。再次，电渣炉设备简单，投资比大型电弧炉节省。在中国，特别是对于重型机器制造厂而言，采用小型电弧炉加电渣重熔方法，以小炼大，生产优质的特大型锻造钢锭更为优略。
目前，国内成熟的控制工艺是在冶炼过程中实行递减功率的方式，因为随着后期炉内的温度逐渐升高，如果不逐次减小冶炼的电压、电流，电渣钢的熔化速度会越来越快，这样电渣钢在重熔过程中就不会很好的冷却，容易产生裂纹、气孔，影响钢锭的质量。本文就是基于这种冶炼工艺，着重介绍PLC在冶炼过程中的应用。
一、系统介绍
本控制系统选用西门子300系列PLC作为主要控制设备，传动部分选用西门子440变频器。同时配备工业控制计算机，用于监视生产过程中各调节量的变化以及故障、报警信息的存储。系统编程软件：西门子STEP7 5.3，监控系统组态软件，西门子Win CC 6.0。
二、硬件组态
在本系统设计初期，首先应根据控制对象统计各个参与量，从而配置输入、输出模块的类型、点数。对西门子300系列PLC来说，如果控制对象比较多，除了配置主机架，还应该根据实际情况配置扩展机架，因为每个机架只能配置最多8个输入、输出模块或者功能模块。（硬件配置如下图1）
在本硬件组态中，第一个位置是PLC的电源模块，第二个位置是CPU模块，第三个位置应该放置扩展模块，但因为实际需要的模块一个机架上的位置完全可以满足，故不需要扩展模块，但是此位置必须空出。4-11位置可以分别放置PLC的其它功能和输入、输出模块。
因为本系统采用的变频器也是西门子产品，因此可以方便地使用工业PROFIBUS总线与PLC进行通讯连接，进行控制以及数据交换。
三、编制程序
操作指令是通过上位监控计算机以及操作台按钮实施。上位命令通过PROFIBUS-DP网络将指令输入到PLC内，然后经过PLC内的功能模块控制各部分的运行；同时系统将各监测点状态输入到PLC内，再通过PROFIBUS-DP网络输送到上位监控计算机上。通过西门子监控制作软件Win CC强大的功能，在上位监控计算机上就可以实现对系统各个部分的运行状态、数据显示、报警监控以及生产及原料消耗报表统计。
四、系统功能
西门子S7-300 PLC系列产品，采用最先进的现场总线分布式控制结构，系统接线简单，运行可靠，维护方便。PLC承担电渣炉全部设备运行的控制任务，设计尽量加强软件功能，简化设备操作，提高设备运行的可靠性。主要功能如下：
1.变压器调压及保护
合闸小车送到位以后，通过在操作台上的合闸（分闸）按钮或者通过监控计算机上制作的合闸（分闸）按钮，可以对变压器进行远程合闸（分闸）操作，对高压进行送电。冶炼过程中，根据炉况和冶炼工艺可以对变压器的二次电压进行调节，更好地达到与冶炼电流的匹配。
2.平台旋转与对中控制
为了调节电极与结晶器的位置，通过操作支臂旋转与平台X-Y方向移动，尽可能使电极中心线与结晶器中心线在一条直线上，从而更好地保护设备，减少事故发生。
3.自耗电极升降控制
升降控制有手动、自动两种方式。由PLC控制输出，实现在换电极，冶炼过程中支臂的升降。支臂上下均装有位置检测元件，可以使电极安全的运行在行程之内。
4.水气保护控制
通过PLC的模拟量输入、输出模块，可以采集并控制结晶器冷却水，保护罩惰性气体的压力、流量、温度，从而更好地保证设备安全运行和冶炼钢锭的纯净度。水温、压力、流量由传感器变送信号输入到模拟量输入模块，经过PID控制输出到模拟量输出模块，再由模拟量输出模块输出4～20mA电流或者0～10V电压信号控制相应的调节阀来进行控制。
5.熔炼的恒熔速控制
在正常的冶炼过程中，PLC系统将采集到的电极、结晶器重量信号以及编码器对电极的位置信号，按照控制理论计算、转换成熔速数据，同时根据设定的熔速作为参考，自动调节冶炼的电压、电流来控制熔速的大小，达到熔化钢水在结晶器内均匀形成，从而更好地形成钢锭。控制方法采用双闭环控制，保证系统的稳定运行。
五、结束语
PLC在电渣炉控制系统中的应用，可以大大简化设备的线路敷设，优化信号采集系统的监测以及大量的数据运算及工况分析，很大程度上解决维修麻烦，同时更好地稳定设备运行，保证产品质量。
作者简介：孙军宁（1980-），男，陕西西安，2003年毕业于西北工业大学电气工程及其自动化专业，主要从事工业电气传动中新产品的技术开发和工程设计工作。