I煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要氧槍，作為當今煉鋼廠\t"/item/%E6%B0%A7%E6%9E%AA/_blank"轉(zhuǎn)爐煉鋼中一個核心設(shè)備，它的主要性能會直接影響到煉鋼廠冶煉效果和吹煉時間，最終會直接影響成品的質(zhì)量和產(chǎn)量。在吹煉過程中，氧槍不但要承受鋼鐵熔點兩五百千多攝氏度左右的高溫區(qū)的環(huán)境，還要承受熱熔鋼和廢渣激烈的沖刷，工作的環(huán)境非?？量?。所以一個堅固固的金屬外殼和冷卻水系統(tǒng)是氧槍必備的基本條件，從而使氧槍具有較高的耐高溫以及抗沖刷腐蝕和抗震性能。氧槍最先應(yīng)用于平爐煉鋼爐頂吹氧，上世紀50年代年氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法的出現(xiàn)，使得氧槍逐漸成為它最為主要的一個環(huán)節(jié)。此后，氧槍的應(yīng)用范圍繼續(xù)擴大到電弧爐和鋼包精煉爐等領(lǐng)域；功能也從單一噴吹氧氣發(fā)展到兼能噴吹造渣粉劑、燃燒粉劑的復(fù)合氧槍以及具有二次燃燒功能的分流式或雙流式多層氧槍。當今的大型煉鋼廠的生產(chǎn)以基本實現(xiàn)全自動化控制生產(chǎn)，并且氧槍控制系統(tǒng)是可編程邏輯控制（PLC）系統(tǒng)的子分類，一般表現(xiàn)為從轉(zhuǎn)爐頂部吹氧冶煉，并精準控制氧槍的上升、下降的方式。從實際的煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)的實踐過程可以看出，氧槍的升降的過程中可能會出現(xiàn)偏差，主要表現(xiàn)為抱閘動作提前或者抱閘動作滯后，可能會給煉鋼廠車間的生產(chǎn)車間帶來影響，嚴重時危害生產(chǎn)安全。關(guān)鍵詞：鋼包爐；氧槍；系統(tǒng)；PLC;目錄TOC\o"1-1"\h\u14829摘要 I29552Abstract II325931緒論 191181.1概述 1192861.2實驗項目的設(shè)計目的 1229042課題的介紹 29922.1本課題研究應(yīng)用情況 2186082.2本課題采用的技術(shù)方案及技術(shù)難點 2327262.3本課題設(shè)計的主要研究內(nèi)容 252673氧槍控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 317943.1轉(zhuǎn)爐氧槍硬件系統(tǒng)簡圖 3164343.2控制地點 9153183.3基本控制要求 1023653.4操作方式 1223653.5操作控制流程 12323224氧槍控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 13278934.1氧槍的電氣傳動 14182504.2氧槍升降的變頻調(diào)速控制系統(tǒng) 14219974.3氧槍的自動控制 15241444.4氧槍的應(yīng)急電源 15265375氧槍控制系統(tǒng)PLC程序框圖 15265376氧槍控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)仿真 1515145結(jié)論 2632459參考文獻 281緒論1.1概述隨著煉鋼工藝的發(fā)展，氧槍在煉鋼的過程中已經(jīng)成為一個不可或缺的核心設(shè)備。氧槍的槍位在煉鋼爐中是一個非常重要的參數(shù)，也是煉鋼工藝自動控制的關(guān)鍵變量，因為它的位置直接關(guān)系到煉鋼過程中的除碳、除渣、升溫以及噴濺的發(fā)生，但由于氧槍定位在控制系統(tǒng)工藝復(fù)雜、操作繁瑣、環(huán)境惡劣、聯(lián)鎖保護較多。因此，一個擁有可靠性能、穩(wěn)定性能、安全性能、操作簡化以及定位的精準性都是一個合格的氧槍的必備條件，上述特點是該控制系統(tǒng)必須具備的，才能使得煉鋼過程有序平穩(wěn)的進行。1.2實驗項目的設(shè)計目的為了獲得提高的氧槍壽命和應(yīng)用最大的吹氧效果，該自動控制系統(tǒng)必須具備良好的操作和完善的監(jiān)控和維護系統(tǒng)。吹煉過程中，氧槍可能會在偏離設(shè)計氧壓的狀態(tài)下工作，從吹煉效效率和提盡量減少高氧槍的損傷的角度考慮，要求管道內(nèi)的壓力值在設(shè)計的期望值的1.2倍設(shè)計值之間波動。操作人員要精確定點檢查噴頭的蝕損情況并做好必要的標記，這能盡可能的提升吹煉效果和氧槍壽命，以及操作安全。一般在噴頭位置會充滿冷卻水，氧槍在高溫的環(huán)境中工作，一旦發(fā)生大漏水，后果將十分嚴重。必須具備管道內(nèi)氣壓、水壓和水流量的監(jiān)控控制設(shè)備，保證監(jiān)控系統(tǒng)和槍架保持良好的工作狀態(tài)。管道接頭部分是否出現(xiàn)磨損等安全隱患的情況應(yīng)定期檢查。水流量、回水溫度與提升機構(gòu)連鎖，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)異?？梢詫崿F(xiàn)自動提出氧槍，并關(guān)閉氧槍閥門。2課題的介紹2.1本課題研究應(yīng)用情況在當今煉鋼工業(yè)發(fā)展中，每年在我國生產(chǎn)的鋼材大約有占比將近九成的來自于轉(zhuǎn)爐煉鋼。氧槍在轉(zhuǎn)爐冶煉充當著最為重要的供氧設(shè)備，而噴頭作為氧槍的核心乃至最為重要的一個部位，不僅僅關(guān)系到生產(chǎn)過程中的安全，而且對于能否產(chǎn)出品質(zhì)合格、質(zhì)量過關(guān)的鋼材起到?jīng)Q定性的關(guān)鍵作用。我國最早在上世紀六十年代在一座3噸的煉鋼轉(zhuǎn)爐采用了單孔氧槍冶煉的方法，隨著發(fā)展近60多年至今，我國轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶煉工藝和工業(yè)技術(shù)水平取得空前的提升，氧槍自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與氧槍的制造水平也取得了巨大的進步，后續(xù)隨著出現(xiàn)了防粘渣錐體氧槍、旋流噴頭與二次燃燒噴頭等裝置的生產(chǎn)實際應(yīng)用，帶動了轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展。2.2本課題采用的技術(shù)方案及技術(shù)難點轉(zhuǎn)爐煉鋼中氧槍控制系統(tǒng)作為核心設(shè)備，能否精準控制氧槍的抱閘，決定了氧槍的反應(yīng)速度和定位精準度。抱閘打開的時機滯后或者提前關(guān)閉，氧槍反應(yīng)會受到影響，電動機將有可能出現(xiàn)過流和轉(zhuǎn)矩過載的問題，以致于會對機械設(shè)備遭到損傷，從而影響其降低性能和減少使用壽命。抱閘打開的時機提前或關(guān)閉滯后，氧槍會出現(xiàn)溜滑等現(xiàn)象，從而使氧槍定位不準，嚴重時則會發(fā)生墜落事故。2.3本課題設(shè)計的主要研究內(nèi)容氧槍控制系統(tǒng)氧槍控制系統(tǒng)的建立在以可編程邏輯控制的控制系統(tǒng)（PLC），在設(shè)計的過程中，通過對傳感器的設(shè)計與布局來實現(xiàn)對控制電機來控制氧槍上升和下降，以及對系統(tǒng)內(nèi)各個變化量的監(jiān)控。圖1氧槍升降機裝置3總體方案設(shè)計3.1硬件系統(tǒng)簡圖3.1.1轉(zhuǎn)爐煉鋼爐一座傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐氧槍控制系統(tǒng)一般由機械傳動設(shè)備和介質(zhì)供應(yīng)鏈系統(tǒng)兩個組成部分。氧槍控制系統(tǒng)設(shè)備主要包含氧槍控制上升和下降小車、控制氧槍水平移動的小車和提供氧槍橫移小車鎖定的電液推桿。其中兩臺氧槍水平橫移車和兩臺氧槍上升和下降小車（左右各一個）正常生產(chǎn)作業(yè)時，主氧槍在工作（位于煉鋼爐爐中心正上方）備用氧槍位于待定位置，交替輪流使用；介質(zhì)鏈供應(yīng)系統(tǒng)主要包含氧槍冷氧槍、冷凝水、氮氣閥門站以及疏氣管道等。氧槍水平橫移車的行走需要采用交流電機的驅(qū)動來實現(xiàn)，在氧槍工作位基本都會設(shè)有電液缸定位鎖緊系統(tǒng)的裝置。上升和下降的小車應(yīng)用交流變頻器來控制電機的驅(qū)動卷揚來實現(xiàn)上升和下降，欲實現(xiàn)氧槍上升和下降的過程中速度變化的可調(diào)控。則可使在升降卷揚鋼絲繩的位置裝配一個測力傳感器來實現(xiàn)。氧槍控制系統(tǒng)設(shè)備組成見下表：1升降卷揚裝置2橫移臺車本體3電纜拖鏈4升降小車5橫移臺車下部軌道6橫移臺車上部軌道7橫移臺車定位裝置8升降小車導(dǎo)軌9氧槍本體10升降小車緩沖器11氧槍供氧供排水軟管接頭12事故驅(qū)動裝置3.1.2主要電氣設(shè)備構(gòu)成氧槍控制系統(tǒng)的電氣傳動裝置配置為以下：兩臺用于升降的變頻器電動機、兩臺用于升降時用的電動機抱閘電動機、兩臺用于控制氧槍水平橫移小車電動機、一臺氧槍橫移小車鎖定電液推桿電動機。用于氧槍上升下降的變頻器和電動機由西門子變頻調(diào)速設(shè)備提供電源，其余設(shè)備的電力來源均由MCC供電，電壓等級規(guī)定在AC380V。序號設(shè)備名稱電動機型號容量（kW）電壓（V）轉(zhuǎn)速（rpm）1氧槍升降電動機進口1103809882冷卻風(fēng)機0.63803抱閘電機Ed1250-600.333804電液鎖定電動機Y90L-4-1.51.5380可變頻電動機是適用在變頻器的控制下實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，它主要有以下幾個主要特點：（1）散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速恒定是因為由一個獨立的恒定速的電動機帶其轉(zhuǎn)動，風(fēng)量和風(fēng)速恒定，與變頻器電動機不相關(guān)。（2）設(shè)計的機械性能可以確保在最高轉(zhuǎn)速使用時安全性、可靠性。（3）磁路設(shè)計要滿足不但能適合在最高頻率使用的要求，而且還能在最低頻率運行。（4）在設(shè)計絕緣層結(jié)構(gòu)時需要滿足普通電動機有更高的抗高溫和抗沖擊電壓的性能。（5）變頻電動機在高速運行的時候所產(chǎn)生的噪聲、振動、磨損等都不能不高于同等規(guī)格的普通電動機。3.1.3監(jiān)控系統(tǒng)一臺可編程邏輯控制器（PLC）可以同時控制三座轉(zhuǎn)爐的公共系統(tǒng)，調(diào)度室、廢氣回站收一般會單獨為各自配置一個工作站,常常監(jiān)控公共控制系統(tǒng)部分的總管流量（Flow）、壓力（Pressure）、溫度（temperature）以及各種介質(zhì)廢鋼稱等。使用工業(yè)控制標準在人機界面上實現(xiàn)畫面監(jiān)控管理。在實現(xiàn)全方位監(jiān)控的條件下各個物理量顯示方面已取消所有儀表盤，并將對所有傳感器的控制以及儀表測得的模擬量，對開關(guān)的監(jiān)控及控制和信號聯(lián)鎖等，都可以通過現(xiàn)場總線輸入可編程邏輯控制器（PLC）。工業(yè)視窗控制（wcc）中心畫面可以顯示各個參數(shù)的設(shè)定值或?qū)⑵溥M行改變調(diào)整，調(diào)換自動模式和手動模式，對各種物理量的統(tǒng)計及判斷一般會由操作員所在的工作站進行處理。在該系統(tǒng)中的絕大多數(shù)閥門均為電控、氣控、液壓式控制等，己基本實現(xiàn)自動化控制。設(shè)備報警和爐前操作情況還被一臺設(shè)在轉(zhuǎn)爐主電室內(nèi)的計算機來記錄并存檔。圖2轉(zhuǎn)爐及氧槍位置節(jié)點3.1.2氧槍噴頭的基本結(jié)構(gòu)氧槍噴頭的核心用途是通過噴射氧氣氣流來進行煉爐的攪拌和對煉爐的化學(xué)反應(yīng)來科學(xué)的控制轉(zhuǎn)爐鐵液中的乳化及雜質(zhì)出現(xiàn)浮沫的現(xiàn)象，得到的殘渣中（氧化亞鐵-FeO）的含量，促使石灰（鈣的氧化物）的快速融化，得到期望的PH值，實現(xiàn)熔爐的升溫與降低碳元素和磷元素的目的。圖3氧槍噴頭結(jié)構(gòu)圖1.氧槍噴頭的設(shè)計要求（1）氧槍噴頭各個參數(shù)設(shè)計的是否合理，主要體現(xiàn)在煉鋼爐冶煉的過程中是否得到?jīng)_擊所帶來的深度和面積上的損耗，側(cè)面來表現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉的效果是否符合期望。（2）氧槍噴頭不僅要在除渣環(huán)節(jié)有良好的效果,更要在冶煉過程中發(fā)揮最優(yōu)的性能。（3）氧槍在惡劣的環(huán)境中工作時與噴頭參數(shù)相對應(yīng)的槍位設(shè)計是保證氧氣與熔鐵、廢渣充分發(fā)生反應(yīng)且沒有上下浮動的重要前提，同時還能更好的保障轉(zhuǎn)爐冶煉過程中氧氣噴射流對煉爐內(nèi)壁造成嚴重的損壞。（4）氧槍噴頭的壽命也是反正主要的一個環(huán)節(jié)，既要保證氧氣噴流可以順著氧槍管道的軸線還不能產(chǎn)生負壓區(qū)域，于此同時盡可能的避免湍流運動猛烈引而起的不必要的影響。2.氧槍噴頭的噴孔數(shù)量與夾角的選取規(guī)則孔數(shù)345>5夾角/度9-1110-1313-1615-17圖4氧槍噴頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)氧槍噴頭的分類目前我國內(nèi)的氧槍噴頭按照制造工藝主要分為四大類，即鑄造噴頭、鑄鍛噴頭、鑄鍛組合噴頭、鍛造噴頭。鑄造噴頭：鑄造噴頭的制作工藝主要由制砂型、熔銅澆注型、機械加工等制作工序完成。打造砂型結(jié)劑一般會采用類似于樹脂這種可塑性強的高分子化合物。在經(jīng)過其高溫后融解，能更好的在噴頭處毛坯處清潔。現(xiàn)在制砂型的設(shè)計制造主要呈現(xiàn)為兩種方式，第一種方式為澆口和噴口為一處，噴頭位置處面部朝下進行澆筑；第二種方式是澆口和冒口分為兩處，噴頭位置處端面朝上澆筑。因為鑄造噴頭實際生產(chǎn)有著非常高的效率，可用于大批量生產(chǎn)應(yīng)用，但是由于對材料利用的效率較為低下，生產(chǎn)質(zhì)量很受澆注工藝的好壞和對環(huán)境以及原材料等外界因素所帶來的影響。鑄造噴頭的冷卻水輸水通道的表面較為粗糙甚至可以引發(fā)部分堵塞，從而對噴頭的冷卻系統(tǒng)造成有較大影響的后果。該噴頭目前在中小型煉鋼爐較為常用，平均使用壽命約在二百多爐左右。（2）鑄鍛噴頭：鑄鍛噴頭的設(shè)計制造主要包括鑄段和鍛造兩個階段，噴頭銅制部位由頭冠和分氣盤兩個裝置組成，鑄鍛噴頭應(yīng)用鑄造噴頭工藝鑄進行制造，將澆筑的砂型模板設(shè)計成為一個大的整體，噴氧柱面部朝下進行澆筑，隨后將噴頭的模具將鑄造成型的頭冠部分進行再次的鍛壓，頭冠和分氣盤經(jīng)機械加工后進行對接，大多數(shù)可應(yīng)用銀基釬料（以銀為基體，添加其他的一些元素合成的多元合成材料）釬焊而成。該噴頭目前在中小型煉鋼爐較為常用，對于鑄造噴頭而言使用壽命相對較高，平均壽命約在三百多爐左右。（3）鑄鍛組合噴頭：鑄鍛組合噴頭的設(shè)計主要包括鑄造上部和鍛壓頭冠兩個部位。鑄造上部與鑄造噴頭的制造工藝有著相似的流程，鑄造設(shè)計澆口與冒口為同一個管道，噴氧柱面部朝下，原料選擇T1或T2的銅材。鑄鍛組合噴頭目前主要在大中型轉(zhuǎn)爐常為應(yīng)用，平均壽命約在四百多爐左右。（4）鍛造噴頭：鍛造噴頭銅體部分于鑄鍛組合噴頭類似，可分為鍛壓上部和鍛壓頭冠兩部位。上部和頭冠經(jīng)由鍛壓工藝的制作，所以噴頭整體品質(zhì)和效率得到大幅度的提升，成品率也隨之提什，材料利用率可超過六成以上。由于制作該噴頭的原材料價格相對較高，又加之加工工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本相對較高，但是各個性能都要優(yōu)于其他種類的噴頭。鍛造噴頭目前主要在大中型轉(zhuǎn)爐常為應(yīng)用，平均壽命約在四百多爐左右，最高可達上千多爐。轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭主要存在有兩種的故障形式，分別表現(xiàn)為噴孔出口倒角、噴頭中心腐蝕及冷卻水泄漏，如圖所示。以上所述的四種形式噴頭出口所發(fā)生的腐蝕原理類似，氧氣在噴射出槍口后開始氧化，由于噴孔位置處溫度分布發(fā)生變化，噴頭位置正處于高溫狀態(tài)，隨之出現(xiàn)傳熱和高速噴射流的沖刷等因素使得出口發(fā)生倒角，孔型逐漸偏離設(shè)定值，噴射流的物理特性發(fā)生了偏離正常值的改變，隨著激波和噴射流的強作用，使得各股噴射流匯聚并的點提前發(fā)生，相對于裝備正常的噴頭的氧槍在相同槍位的條件下噴射流對于煉爐的攪拌能力有所下降，所以氧槍噴頭不能在以出現(xiàn)漏水和粘鋼等前提條件下作為決定噴頭使用壽命的依據(jù)，而是要根據(jù)氧槍噴頭在實際使用過程中對于各種指標的相互影響。目前在我國180噸位及以上的煉鋼轉(zhuǎn)爐通常會選擇噴孔出氣孔倒角在3~6mm的范圍呢作為噴頭失效的最高標準，鍛造噴頭的使用壽命平均約為鑄造噴頭2~4倍。圖4氧槍噴頭的兩種損傷形式附；氧槍的孔分布圖5多孔均布式噴頭圖6多孔均布+中心噴孔噴頭3.2控制地點氧槍控制系統(tǒng)一般會設(shè)置兩個操控地點，分別為：煉鋼轉(zhuǎn)爐中央主控制室（Centralmaincontrolroom及緊急操作臺）和現(xiàn)場操控箱操控。中央主控室緊急操作臺上會設(shè)有一個緊急停止和一個緊急提升按鈕，不進行氧槍正常提升操作。各操作地點的操作權(quán)限為：具有優(yōu)先的控制權(quán)為現(xiàn)場操控，并且在現(xiàn)場操作箱上都會安置控制操作權(quán)的開關(guān)。氧槍控制系統(tǒng)在運行的時候只能有一個操作地點擁有操作權(quán)。在主控制室緊急操作臺啟動時及在緊急提槍時不會受到控制地點選擇控制。設(shè)備在運行的時候，不能進行選擇操作地點的操作。氧槍控制系統(tǒng)各設(shè)備具體操作地點見下表：設(shè)備名稱主控室現(xiàn)場操作箱HMI緊急操作臺氧槍升降小車OOO氧槍橫移小車OO氧槍橫移小車鎖定電液推桿OO3.3氧槍的基本控制要求為避免由于電動機突然的啟動對設(shè)備進行沖擊，則需要在控制氧槍開始進行升降作業(yè)時電動機轉(zhuǎn)速應(yīng)從零開始，勻速逐漸加速直至到達期望的平穩(wěn)速度，速度從0加速到正常的平穩(wěn)速度的過程是大約需要3秒，制動器延時功能開啟，延長時間由現(xiàn)場情況來進行調(diào)定。通常情況下電動機的制動器制動力矩相對較大，為防止制動過程中強力矩會對設(shè)備帶來沖擊，氧槍升降制動時應(yīng)采取先通過對電機加相反的電磁來減少力矩來降低將電動機的速度，當氧槍減速升降直到速度逐漸接近到零時，制動器開始進行失電制動，制動時間需要控制在3秒的時候。在該控制系統(tǒng)中每輛水平橫移車上用來提升卷筒的兩條鋼絲繩上的張力傳感器受力應(yīng)當相同，如果在系統(tǒng)運行的過程中兩個條鋼繩是的張力不同導(dǎo)致傳感器檢測到受力誤差超過5％的上限是則開始報警，操作人員應(yīng)立即開始檢測維修。氧槍在升降過程中一般會有以下幾個控制點（由圖一所示）：HH：氧槍換槍超限位此位置為氧槍換槍的保護限位，氧槍到達該位置時，在氧槍換槍位到達極限的共同作用使得氧槍換槍上升在該位置時做停止動作。H0：氧槍換槍位主槍上升到達此位時自動停止，橫移車在工作位和檢修位可以進行位置交換，來實現(xiàn)主氧槍與備用氧槍的替換。H1：氧槍升降速度變速點氧槍在上升和下降的過程中經(jīng)過此點，氧槍的上升和下降的速度在此由高速逐漸并勻速降低（上升時）或由低勻速變高速（下降時）。H11：下降減速點在氧槍下降的過程中經(jīng)過此點，速度由高開始變低。H2：氧槍等待位氧槍下降到此點時不在下降，并且在轉(zhuǎn)爐沒有開始吹氧時，氧槍只在此處等待噴氧指令。H21：上升減速點在氧槍上升的過程中經(jīng)過此點，速度由開始高變低。H3：氧槍開閉氧點每當氧槍在下降過程中到達到此點時，直接開啟氧槍切斷閥門；氧槍在上升過程中到此點時，氧槍管道閥實現(xiàn)自動關(guān)閉。H12：定位變速點在氧槍下降的過程中經(jīng)過此點，速度由高開始變低。H：吹煉位（設(shè)定值）氧槍下降到此點時，開始執(zhí)行自動停止吹氧，本高度是經(jīng)過計算機根據(jù)現(xiàn)場各系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)綜合計算給出，或由可以操作人員根據(jù)具體情況具體分析進行設(shè)定。H4：氧槍最低吹氧位（氧槍下降的下限）氧槍槍位下行所能到達的最低點，槍位期望設(shè)定值不能低于此點，否則設(shè)定將記作無效數(shù)據(jù)。H5：氧槍清零位，每當氧槍經(jīng)過此位置節(jié)點是，位置編碼器會清除數(shù)據(jù)。設(shè)定該位置時與氧槍待吹位參照相比高出100mm。hh:氧槍下極限為了避免氧槍噴頭接觸乃至伸入鐵液中，氧槍在下降的過程中到達此點，可以實現(xiàn)立即停止下降，故改點位為氧槍下降的極限位置。系統(tǒng)在正常運行時，氧槍上升到達等待位置（H2）。一般會進行換槍的操作，第一步要做的是將到氧槍提升到更換位置（H0），使用橫移臺車進行氧槍的互換。隨后備用氧槍開始降落，備用氧槍降落在待（H3）吹位，此時未開始執(zhí)行噴氧，而是等待在操控室發(fā)出噴氧的命令。通常情況下會在氧槍升降導(dǎo)軌上安放兩個限位開關(guān)，由上至下依次為：氧槍清零位（H5）和氧槍機械下極限（hh）。氧槍水平橫移臺車也會安置氧槍換槍位（H0）限位開關(guān)和氧槍機械上極限（HH）限位開關(guān)。轉(zhuǎn)爐氧槍系統(tǒng)中的其余控制點位置的變化是由位置編碼器來進行控制和監(jiān)控。3.4操作方式氧槍控制系統(tǒng)的操作可分為二級全自動模式、人機界面收動、人機界面自動、機器旁手動操作和緊急操作系統(tǒng)五種方式，轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)在正常情況下運行時會采用二級全自動模式、人機界面收動或人機界面自動，當系統(tǒng)需要進行調(diào)試和設(shè)備發(fā)生故障時的檢修工作一般會選用機旁手動方式來進行操作，可以通過按壓操作臺上所放置的“緊急停止”按鈕，來實現(xiàn)緊急停止工作的要求以防止發(fā)生對設(shè)備的損傷或發(fā)生生產(chǎn)事故。氧槍的上升需要有高速和低速兩種模式，來實現(xiàn)對速度進行控制可使用西門子的變頻器對電機進行調(diào)速來實現(xiàn)速度的可變性，每臺氧槍的卷揚機上都必須配帶一個相應(yīng)的編碼器，為了使信號送入PLC中進行后續(xù)的處理。氧槍的運動要對速度做出改變時，應(yīng)需要根據(jù)氧槍速度變化曲線的軌跡范圍內(nèi)進行，但機旁操作的特點是和速度曲線不關(guān)聯(lián)所以不受其控制，機旁操作箱上有兩個速度選擇按鈕可供高低速提槍下槍來選擇，選擇高速按鈕即氧槍按40米/分鐘的速度運行，選擇低速按鈕時即按4米/分鐘的速度運行。人機界面操作與氧槍速度的曲線相關(guān)聯(lián)并且可以進行控制。在使用二級全自動模式、人機界面自動模式和人機界面手動模式時，氧槍升降的速度可與速度曲線關(guān)聯(lián)并能實現(xiàn)自我調(diào)整。3.5氧槍操作控制流程氧槍控制系統(tǒng)的操作項目主要有三種分別為除渣、吹煉和換槍。換槍操作可通過人機界面（HMI）和機旁手動的模式進行；吹煉操作使用二級全自動模式和人機界面（HMI）模式自動操作來完成；而濺渣在人機界面（HMI）自動模式和人機界面（HMI）手動模式下可以有效進行。氧槍在正常工作時，到達等待位（H2）點停止，啟動二級全自動模式時，通過第二級計算機控制系統(tǒng)根據(jù)當前數(shù)據(jù)分析計算，之后當?shù)竭_成熟條件時開始發(fā)出噴氧命令，一級控制系統(tǒng)會根據(jù)二級指令對氧槍槍位的變化實現(xiàn)自動化控制；在使用人機界面自動模式時，操作員會根據(jù)畫面所顯示出的數(shù)據(jù)進行判斷并手動設(shè)定氧槍的槍位，發(fā)出噴氧的指令。氧槍接受到來自控制端傳送來的吹煉命令后，立即從待令位高速(40米/分鐘)下降，直達下降到開閉氧點位時，氧槍切斷閥打開，氣體開始流動，氧槍繼續(xù)下降直達到達定位變速點位（H12）時，開始執(zhí)行減速命令并實現(xiàn)減速，以低速（4米/秒）的速度下降到吹煉點位停止，吹煉指令開始執(zhí)行，噴氧開始，如果在噴氧的過程中收到槍位調(diào)整的指令，氧槍就會繼續(xù)執(zhí)行，并調(diào)整到新的槍位，繼續(xù)吹煉，直到吹煉的時間或者使用的氧氣量達到了預(yù)期的設(shè)定期望值時發(fā)出提槍指令，氧槍接收到此指令后開始自動上升。隨后氧槍從吹煉點位高速（40米/分鐘）提升，到達上升減速點位時受到減速的指令并自動減為低速（4米/秒）運行，直到氧槍上升到等待位時速度正好減位零，及任務(wù)吹煉結(jié)束。在一個完整的吹煉過程中，如果存在外部工藝故障所涉及到的安全影響時，若為輕型故障則停止氧槍的運動，若出現(xiàn)嚴重故障則立即將氧槍提槍。圖7動態(tài)曲線圖4氧槍控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1電氣傳動實際生產(chǎn)過程中，主氧槍和備用氧槍所用到的變頻器、控制升降的電機可以相互作為彼此所備用，這種模式有以下幾種特點：（1）機械設(shè)備發(fā)生故障時，在平移臺車不移動的前提下，切換氧槍可通過電氣控制迅速進行；（2）電氣設(shè)備發(fā)生故障時，在即不更換變頻器又不讓臺車發(fā)生移動的前提下，還能夠快速實現(xiàn)氧槍的基本控制功能。除此之外，還在氧槍的制動控制上優(yōu)化了氧槍電機的抱閘控制的性能，可以讓變頻器合閘分閘、PLC程序輸出、變頻器三者的輸出實現(xiàn)聯(lián)鎖控制抱閘的功能，制動控制技術(shù)因此會變得更加完善，更加靈敏，整個控制系統(tǒng)的安全型、穩(wěn)定性得到更好的保障。主要有以下特點：（1）當出現(xiàn)變頻器由于事故發(fā)生跳閘，聯(lián)鎖制動系統(tǒng)將自動完成抱閘功能，確保了各個環(huán)節(jié)的安全；（2）當PLC發(fā)生故障時，變頻器不管在什么狀態(tài)下工作，都會使制動輸出處在抱閘狀態(tài)，極力保護設(shè)備不失去控制，確保了自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。（3）在生產(chǎn)過程中，由于變頻器的線路受到損壞而使得變頻器的正常工作和控制輸出的過程不能正常進行，PLC輸出完成電機的抱閘，保障了各個環(huán)節(jié)的安全；4.2氧槍升降的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)變頻器可以將電壓，固定頻率等物理量的交變電流變換成電壓量，頻率分別可調(diào)節(jié)的交流電的變換裝置。變頻調(diào)速器與其他器件相關(guān)聯(lián)的點基本上可分為分個三部分：第一是連接主電路，接電機的頻率，電壓連續(xù)可調(diào)的輸出端（U，V，W）。二是控制端子，包括外部信號控制變頻調(diào)速器工作的端子，變頻帶調(diào)速器工作狀態(tài)指示端子，變頻器與微機或其他變頻的通訊接口。三是操作面板包括液晶顯示屏和鍵盤。變頻器的功用是將頻率固定的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。變頻器的輸入端（R.S.T）接至頻率固定的三相交流電源，輸出端（U.V.W）輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電動機。電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速通常稱為同步轉(zhuǎn)速，由下式?jīng)Q定：4.3氧槍的自動控制煉爐氧槍頂吹的自動控制系統(tǒng)中，一個非常重要的環(huán)節(jié)就是氧槍在煉爐中的高度?，F(xiàn)在的煉鋼廠都會采用先進的氧槍自動控制系統(tǒng)來對吹氧量以及對槍體位定位進行控制，能夠在較高的精度上使氧槍能夠準確地停止在每個節(jié)點所要求的具體位置上，進而計算機控制更好地保障了煉鋼過程中的效率和質(zhì)量，基本實現(xiàn)全程自動化控制。而副槍作為另一核心設(shè)備，氧槍下降到指定位置前測量爐內(nèi)熔液高度，在一個完整的吹煉周期中測其溫度并記錄數(shù)據(jù)，副氧槍也對升降的速度和上下點位的控制精度有嚴格的要求。4.4氧槍應(yīng)急電源氧槍自動控制系統(tǒng)一般會加多使用交流傳動來進行控制，需要配置一個發(fā)生緊急情況時備用的緊急電源。在斷電等不可抗力因素發(fā)生時，緊急備用電源能及時為設(shè)備提供電能以保證設(shè)備的安全。目前，大型煉鋼廠常用到的電動機是交流電動機，而變頻器在正常的交流電源情況下給電動機供電，從而實現(xiàn)對氧槍的上升下降和噴氧的控制要求;如果交流電源發(fā)生故障導(dǎo)致無法供應(yīng)電能時就必須用到應(yīng)急電源來供電，使氧槍緊急提升，防止發(fā)生次生事故。圖8應(yīng)急電源系統(tǒng)主回路及控制回路圖9應(yīng)用電源的原理框圖5氧槍控制系統(tǒng)PLC程序框圖6系統(tǒng)仿真6.1系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置首先繪制氧槍升降結(jié)構(gòu)的主畫面：一個發(fā)動機，兩個編碼器，發(fā)動機制動器，減速機，氧槍小車，升降固定軌道，滑輪，PLC,一個氧槍。結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容有三大核