PLC自动化在钢铁冶炼系统中的节能应用

摘　要：PLC系统，综合了现代计算机技术、自动化控制技术、通信技术以及传统的继电器控制技术，更是以微处理器为核心，体现当代社会高效、节能等特点。

关键词：PLC自动化 控制 钢铁冶炼 节能应用
一、 引言
　　随着社会的不断发展和科学技术的不断进步，电能、油汽、煤炭已经成为生活和生产中不可或缺的部分，其应用程度标志着一个国家的科研能力和发展水平。由于对能源需求量的与日俱增和能源的日益紧迫，而且随着大批高精尖IT生产技术的崛起，人们逐渐开始重视能源利用的质量特质。长期以来，炼钢行业因为耗能高、污染大且要消耗大量不可再生资源而受到“排挤”。
　　在以往的炼钢控制系统中，多采用不同的电气分类分点控制，而这种控制方式多以继电接触器控制，它所使用的继电器不但数量多、耗电量大、控制配电系统体积大，而且继电器的触点为机械触点，工作频率低、可靠性差、寿命短、很容易造成系统故障，特别的是这种系统多采用固定接线的硬件实现控制逻辑，对某些特殊要求的工艺控制不能满足要求。PLC系统，综合了现代计算机技术、自动化控制技术、通信技术以及传统的继电器控制技术，更是以微处理器为核心，体现当代社会高效、节能等特点。这种新型的自动化控制装置具有体积小、结构简单、使用灵活、可靠性高、抗干扰能力强等优点，在许多工业生产领域中得到广泛的应用，已经成为了现代工业自动化的三大支柱之一。
二、PLC自动化应用
　　钢铁冶炼厂内有大量的大功率电磁起重机以及大功率电动机，当然也少不了大功率的冶炼炉，主要是中频感应电炉以及高频感应电炉，这也是炼钢行业耗能的主要原因。
2.1电弧炉电流自动调节
　　电弧炉电流自动调节过程：根据冶炼工艺要求的精密度，对多圈电位器进行调节。当电流设定值大于电流实际值时，这两个信号通过模数转换模块送入CPU 中，并在PLC 内部产生一个电流的正差值信号，该差值使电极下降，以增大电弧炉电流，直到电弧炉电流的实际值等于电弧炉电流的设定值为止。当电流设定值小于电流实际值时，在PLC 内部产生一个电流的负差值信号，该差值信号通过数模转换模块和功率放大板驱动伺服阀，使电极上升，以减小电弧炉电流，直到电弧炉电流的实际值等于电弧炉电流的设定值为止。
2.2电极升降速度自动调节
　　电极升降速度自动调节过程：当发生短路现象时，电弧炉电流的实际值大于电弧炉电流的设定值，此时通过PLC送出的负差值信号最大，在这个信号的驱动下电极上升的速度将以程序中设定的最大自动上升速度提升电极。电极在上升的过程中，电弧炉电流逐步减小，则PLC 送出的负差值信号也逐步减小，电极上升的速度也逐步减慢；当电弧炉电流的实际值小于电弧炉电流的设定值时，在这个信号的驱动下电极下降，实际值小于设定值越多，差值信号越大，电极下降的速度也越快。
2.3PLC自动控制系统的节能体现
　　PLC自动控制系统在钢铁冶炼厂发挥着巨大的作用，在电能利用及节能反面主要体现在：电炉在加热初始启动后运行，当电炉达到所设定的条件30秒后停止，所设定的滞后停止时间的目的是为电炉组在下一轮的启动提供良好的条件。在恒定条件待机的过程中，电炉则保持良好的供热运行状态。除此之外，冷却水系统还采用了PID 温度调节控制，以检测冷却水的出水温度来控制冷却塔的启停，其作用是稳定电炉在降温阶段的制冷效率。在电炉重新启动时，加热系统也随即启动。此动作不断重复，直至PLC 接收到关闭信号为止。
三、PLC自动化节能及结果
　　钢铁冶炼厂能耗大也和在加热过程中产生比较高的谐波有关，能否抑制谐波产生有着重要意义。在使用原来的继电系统是，由于电石炉、电弧炉加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，会引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形联结线圈而注入电网。其中的谐波，平均可达基波的12%～25%，最大可达45%，所以工厂在开工时整个相电压、相电流中的奇次谐波含量就非常高。该厂就是用使用了一套无源滤波器来抑制谐波。这种滤波器虽然结构简单、维护便利、成本低，但是仍然无法获得比较满意的效果。
　　PLC自动化系统能够很好的减少谐波的产生，在这次的实际测试，工程师到达现场经过观察发现，该炼钢厂正在使用的是一台中频感应电弧炉。经检测发现在使用该系统调控后虽然仍有谐波产生，但平均只有基波的8%～17%，最大也只有37%，按有无源滤波器的效果更好，达到的较为满意的程度。
　　根据现场观察和记录，经过这次测试对比发现，在使用PLC自动化控制系统后，虽然炼钢系统在运行过程中，有大量的高温烟气使热损失，但电弧炉冶炼过程中最大的一部分能量损失大大的降低，通过预热和自动断电系统控制的炼钢炉电耗也大大降低。根据实测进行简单估算，电弧炉每增加100℃，节约电能约20KWh/t。另外，采用PLC系统后，熔融态的铁带走的能量可以被回收利用来加热废钢，一般来讲，废钢预热没增加100℃可节约电能10KWh/t左右。所以总的来说PLC自动控制系统的应用使能量得到有效地利用，节能运行效果比较好。
四、结语
　　PLC自动控制的使用对改造传统炼钢技术，在节约能耗、提升质量、降低污染等方面实现了新突破。PLC 控制系统中还兼备扩容功能，在外接硬件更改成变频器时，就可以驱动更大功率的系统，从而通过多种节能的措施，使炼钢系统的节能效果达到最大化。这也是适应新的发展形势的需求，只有通过应用感应炉大规模钢铁冶炼新技术，有针对性地改造传统的炼钢技术，才能在提升质量、降低污染和节约能耗等方面创新，并取得了明显的突破。
参考文献：
[1]陈佰时 自动控制系统 机械工业出版社 1979.
[2]孟惠霞 陈永利 基于电弧炉调节器PLC 控制系统的设计 牡丹江大学学报 2009 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/242640.html