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摘 要：本文介绍了关于莱钢RH精炼工艺原理，西门子冗余系统在RH自动化控制系统中的应用，利用西门子冗余系统，大大提升了精炼系统的稳定性与可靠性，使得生产效率大幅度提升。
关键字：RH精炼技术 冗余 可靠性
【分类号】：TF046.6
1.引言
RH精炼全名为RH真空循环脱气精炼法。现在随着真空炼钢技术的开发与发展，之所以RH精炼技术能做到处理时间短、效率高、能够与转炉连铸匹配的优点而被转炉工序大面积使用，是因为RH采用钢水在真空槽环流的技术
2.工艺原理
RH精炼系统技术是一种为生产优质钢的钢水二次精炼工艺设备系统。钢水冶金反应全部是在砌有耐火衬的真空槽内完成的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管。被抽出气体是由热弯管经过气体冷却器然后由真空泵系统排出厂房外。
在钢水处理前，先要将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内。与真空槽连通的两个浸渍管，一个为上升管，一个为下降管。由于上升管不断向钢液吹入氩气，相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差，使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管，如此不断循环反复。在真空状态下，流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应等；如此循环脱气精炼使钢液得到净化。
3.系统概述
莱钢RH精炼系统主要由钢包处理系统、合金上料系统、真空系统、预热枪系统及顶枪、真空室修理和更换等系统组成。每个系统的稳定运行都是非常重要的，在炼钢生产过程中，钢水温度一般保持在1600℃左右，真空处理过程中，真空度高达几十Pa的负压，若因某个系统引起故障停机，轻则影响到炼钢的生产节奏，重则发生人员重大伤亡。因此，为保障系统的稳定及操作人员的安全，RH自动化控制系统需要采用冗余设计，其包括四台上位机、两台西门子交换机、两套冗余CPU、两台冗余服务器及IO设备。
3.1硬件配置
PLC采用S7-400H作为冗余CPU，采用带有冗余DP从站接口模块的ET200M分布式I/O设备，连接CPU与ET200M之间采用Profibus-dp作为现场总线进行通讯。
当前CPU故障后，更换的备份CPU与主CPU同步连接自动建立，备份CPU发出Link-up请求，主站在禁止删除、拷贝和生成块功能后将所有数据发送给备份CPU。备份CPU执行自测试，然后向主站发出更新请求。主站在终止已组态连接的通讯和禁止低级别的报警后，拷贝动态数据给备份CPU。主站运行用户程序，在禁止所有报警和中断后向已Link-up的备份CPU发送上次更新后发生改变的动态数据。备份CPU接收主CPU的输入、输出、定时器、计数器和内存位信息，主CPU使能报警/中断和通讯，主、备CPU进入到冗余、同步操作过程。同步连接的建立如图3-1所示
图3-1
3.2网络结构
RH精炼采用是双环网的配置，服务器通过安装双网卡，使得两条物理线路连接PLC，当一条网络链路损坏时，系统可自动切换到另一条网络链路上，保障监控网络的持续运行，同时通过WINCC监控画面实时监控西门子OSM交换机实时状态，若出现内部故障，应及时发出声光报警，通知维护人员进行处理更换。其网络图如图3-2所示
图 3-2
3.3 软件冗余
通过WINCC Redundancy软件包及授权，使用两台冗余服务器建立WINCC冗余项目，使两台互联的 WinCC同时工作，并基于事件进行同步，提高了系统的可靠性，实现故障自动识别，故障恢复后自动同步变量记录、报警消息、用户归档，在线同步报警消息、变量记录、用户归档等功能。当服务器发生故障时，客户端能够自动切换到可用的服务器上，进一步提高了监控系统的稳定性。
4.系统可靠性
系统故障率是检验系统可靠性的重要指标，其计算公式为
C=在考虑的时间范围 ?t内，发生故障的部件数；
N=整个使用的部件数；?t=考虑的时间范围
平均无故障时间 MTBF=1/λ 可靠性计算公式AS=MTBF/（MTBF+MDT）
MDT=平均故障时间（或 MTTR=平均修复时间）
从可靠性公式中可以计算出，增加系统的可靠性可以从提高 MTBF和降低 MDT两个方面着手实施，对于串行系统来说，部件越多 MTBF时间越小。
SIMATIC H系统的平均无故障时间： CPU：15年 IO 模件：50年
可见在RH精炼系统中，使用冗余设计比单系统控制的可靠性要高达几十倍，即使在炼钢生产过程中，出现CPU故障、网络损坏或上位机故障，冗余系统仍然可以切换至备用系统进行工作，保障炼钢生产节奏的稳定持续性。
5.结论
莱钢RH精炼炉自投产以来，采用冗余控制提高了系统稳定性和可靠性，降低了故障率，为莱钢生产超低碳钢保驾护航，提高了莱钢自身的价值及竞争力。
参考文献
[1] 西门子冗余系统指南
作者简介：齐凯（1986-），男，山东莱芜人，助理工程师，工学学士，现从事自动化控制系统的研发与设计工作。
关键字：RH精炼技术 冗余 可靠性
【分类号】：TF046.6
1.引言
RH精炼全名为RH真空循环脱气精炼法。现在随着真空炼钢技术的开发与发展，之所以RH精炼技术能做到处理时间短、效率高、能够与转炉连铸匹配的优点而被转炉工序大面积使用，是因为RH采用钢水在真空槽环流的技术
2.工艺原理
RH精炼系统技术是一种为生产优质钢的钢水二次精炼工艺设备系统。钢水冶金反应全部是在砌有耐火衬的真空槽内完成的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管，上部装有热弯管。被抽出气体是由热弯管经过气体冷却器然后由真空泵系统排出厂房外。
在钢水处理前，先要将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时，钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内。与真空槽连通的两个浸渍管，一个为上升管，一个为下降管。由于上升管不断向钢液吹入氩气，相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差，使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管，如此不断循环反复。在真空状态下，流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。同时，进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应，比如碳氧反应等；如此循环脱气精炼使钢液得到净化。
3.系统概述
莱钢RH精炼系统主要由钢包处理系统、合金上料系统、真空系统、预热枪系统及顶枪、真空室修理和更换等系统组成。每个系统的稳定运行都是非常重要的，在炼钢生产过程中，钢水温度一般保持在1600℃左右，真空处理过程中，真空度高达几十Pa的负压，若因某个系统引起故障停机，轻则影响到炼钢的生产节奏，重则发生人员重大伤亡。因此，为保障系统的稳定及操作人员的安全，RH自动化控制系统需要采用冗余设计，其包括四台上位机、两台西门子交换机、两套冗余CPU、两台冗余服务器及IO设备。
3.1硬件配置
PLC采用S7-400H作为冗余CPU，采用带有冗余DP从站接口模块的ET200M分布式I/O设备，连接CPU与ET200M之间采用Profibus-dp作为现场总线进行通讯。
当前CPU故障后，更换的备份CPU与主CPU同步连接自动建立，备份CPU发出Link-up请求，主站在禁止删除、拷贝和生成块功能后将所有数据发送给备份CPU。备份CPU执行自测试，然后向主站发出更新请求。主站在终止已组态连接的通讯和禁止低级别的报警后，拷贝动态数据给备份CPU。主站运行用户程序，在禁止所有报警和中断后向已Link-up的备份CPU发送上次更新后发生改变的动态数据。备份CPU接收主CPU的输入、输出、定时器、计数器和内存位信息，主CPU使能报警/中断和通讯，主、备CPU进入到冗余、同步操作过程。同步连接的建立如图3-1所示
图3-1
3.2网络结构
RH精炼采用是双环网的配置，服务器通过安装双网卡，使得两条物理线路连接PLC，当一条网络链路损坏时，系统可自动切换到另一条网络链路上，保障监控网络的持续运行，同时通过WINCC监控画面实时监控西门子OSM交换机实时状态，若出现内部故障，应及时发出声光报警，通知维护人员进行处理更换。其网络图如图3-2所示
图 3-2
3.3 软件冗余
通过WINCC Redundancy软件包及授权，使用两台冗余服务器建立WINCC冗余项目，使两台互联的 WinCC同时工作，并基于事件进行同步，提高了系统的可靠性，实现故障自动识别，故障恢复后自动同步变量记录、报警消息、用户归档，在线同步报警消息、变量记录、用户归档等功能。当服务器发生故障时，客户端能够自动切换到可用的服务器上，进一步提高了监控系统的稳定性。
4.系统可靠性
系统故障率是检验系统可靠性的重要指标，其计算公式为
C=在考虑的时间范围 ?t内，发生故障的部件数；
N=整个使用的部件数；?t=考虑的时间范围
平均无故障时间 MTBF=1/λ 可靠性计算公式AS=MTBF/（MTBF+MDT）
MDT=平均故障时间（或 MTTR=平均修复时间）
从可靠性公式中可以计算出，增加系统的可靠性可以从提高 MTBF和降低 MDT两个方面着手实施，对于串行系统来说，部件越多 MTBF时间越小。
SIMATIC H系统的平均无故障时间： CPU：15年 IO 模件：50年
可见在RH精炼系统中，使用冗余设计比单系统控制的可靠性要高达几十倍，即使在炼钢生产过程中，出现CPU故障、网络损坏或上位机故障，冗余系统仍然可以切换至备用系统进行工作，保障炼钢生产节奏的稳定持续性。
5.结论
莱钢RH精炼炉自投产以来，采用冗余控制提高了系统稳定性和可靠性，降低了故障率，为莱钢生产超低碳钢保驾护航，提高了莱钢自身的价值及竞争力。
参考文献
[1] 西门子冗余系统指南
作者简介：齐凯（1986-），男，山东莱芜人，助理工程师，工学学士，现从事自动化控制系统的研发与设计工作。