基于IPC的轉(zhuǎn)爐噪聲督導(dǎo)吹煉系統(tǒng)

1、引 言

    IPC是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它具有以下特點(diǎn)：機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力；模塊化結(jié)構(gòu)，機(jī)箱內(nèi)有專用底版，底版上有pci和isa插槽；配備專用電源，有較強(qiáng)的抗干擾能力；適用于工業(yè)在線環(huán)境條件下的連續(xù)工作。轉(zhuǎn)爐煉鋼監(jiān)控系統(tǒng)是以IPC工控機(jī)為中心，對轉(zhuǎn)爐吹煉過程中爐渣泡沫化程度及吹煉時間、槍位、加渣料等工藝參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)控，在顯示器上跟蹤顯示造渣過程的音強(qiáng)變化曲線，進(jìn)行噴濺和返干等非正常爐況的預(yù)報(bào)，指導(dǎo)操作人員進(jìn)行爐前操作，提高操作水平。

2、系統(tǒng)原理     
        
    2.1 監(jiān)測原理

    用放置在爐口的波道管信息引導(dǎo)裝置拾取爐內(nèi)吹煉時的噪聲信號，經(jīng)放大濾波和轉(zhuǎn)換處理，將代表造渣特性的音強(qiáng)信號送IPC工控機(jī)分析處理，在計(jì)算機(jī)顯示器上跟蹤顯示造渣過程的音強(qiáng)變化曲線；在吹煉到5分鐘時，自動顯示噴濺預(yù)警線、返干預(yù)警線，如果采集的實(shí)時信號曲線在二條預(yù)警線行走，即可得到較佳的化渣效果。若有返干或噴濺的趨勢，操作工可提前采取加料或降槍等操作，以優(yōu)化煉鋼操作，同時顯示器畫面提示報(bào)警信息。

    2.2 采樣信號的數(shù)字濾波處理

    在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，影響檢測準(zhǔn)確度的因素也是很復(fù)雜的，除氧槍位置、氧壓等參數(shù)外，還有操作及原料的穩(wěn)定性、環(huán)境噪聲干擾等隨機(jī)性因素的影響。因此，在硬件方面我們采用了低通濾波器，它可在一定頻帶范圍內(nèi)，能夠代表造渣特性的信號經(jīng)放大送入IPC工控機(jī)；在軟件方面，采用中值數(shù)字濾波。

    2.3 噴濺及返干預(yù)警線的確定

    在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，安裝在爐口處拾音器得到的爐內(nèi)“噪聲”強(qiáng)度與渣厚成正比。開始吹煉時，渣面實(shí)際就是鐵水液面，此時聲強(qiáng)較大，隨著泡沫形成渣面逐漸上升，音強(qiáng)降低。通過大量實(shí)測修正，就可以找到所對應(yīng)于實(shí)際爐況中發(fā)生噴濺與返干的臨界音強(qiáng)值。在每次冶煉過程中，噴濺和返干預(yù)警線的設(shè)定值自適應(yīng)調(diào)節(jié)。若某一段時間的音強(qiáng)值高于噴濺預(yù)警線時就會發(fā)生噴濺；若某一段時間的音強(qiáng)值低于返干預(yù)警線時，就會發(fā)生返干。

3、IPC監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

    3.1 硬件系統(tǒng)的配置

    硬件系統(tǒng)由波道管信息引導(dǎo)裝置、音強(qiáng)化渣轉(zhuǎn)換儀器、高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換、開關(guān)量輸入輸出接口、串行輸入接口、主機(jī)及其外設(shè)所組成。

    波道管信息引導(dǎo)裝置由兩部分組成，一是自動防堵吹掃，保護(hù)拾音器的循環(huán)水冷卻回路；另一個是拾音器，它直接拾取爐內(nèi)氧氣的主流股的噪聲信息裝置。波道管信息引導(dǎo)裝置安裝在爐口處，具有耐熱隔音和防渣功能，由拾音器采集到的爐內(nèi)吹煉噪音，經(jīng)轉(zhuǎn)換成電信號后，通過屏蔽電纜送至音強(qiáng)化渣轉(zhuǎn)換儀器。噪音經(jīng)音強(qiáng)化渣轉(zhuǎn)換儀器選頻、濾波、放大、整形后，通過高速模/數(shù)接口送給IPC機(jī)；開吹信號、出鋼信號、倒渣信號經(jīng)開關(guān)轉(zhuǎn)換送給計(jì)算機(jī)；氧槍位、氮流量、氧流量等信號，經(jīng)光隔ａ/ｄ轉(zhuǎn)換后送IPC機(jī)。IPC工控機(jī)有較高的防磁、防塵、防沖擊、防高溫的能力，能適應(yīng)于現(xiàn)場惡劣的環(huán)境。主板cpu具有高性能、低成本、低功耗、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)；系統(tǒng)支持板可以擴(kuò)展IPC系統(tǒng)的rom虛盤，為用戶提供必要的工具，并具有熱啟動及時鐘支持兩組功能；接口采用光電隔離，系統(tǒng)性能穩(wěn)定安全可靠，投資費(fèi)用低。根據(jù)需要IPC工控機(jī)可和上位機(jī)進(jìn)行通訊，構(gòu)成具有控制和管理雙重功能的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖

    3.2 軟件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)應(yīng)用軟件使用c++編制，采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠高效，為滿足現(xiàn)場操作工操作方便，在不使用鍵盤操作的情況下，可按系統(tǒng)復(fù)位鍵自動進(jìn)入系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。用戶界面友好,以柱圖、曲線等圖形方式顯示，直觀快捷。系統(tǒng)運(yùn)行中可以在顯示器上同時顯示班別、爐號、日期、時間、音強(qiáng)實(shí)時造渣曲線及氧槍位置柱形圖等。當(dāng)程序進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)后，彩色屏幕上立即顯示造渣過程的音強(qiáng)曲線。兩分鐘后，自動在屏幕上畫出噴濺及返干的預(yù)警線。操作工根據(jù)彩色屏幕上給出的信息，如能控制在預(yù)警線的范圍內(nèi)，則可保證不會發(fā)生噴濺和返干等非正常爐況。當(dāng)音強(qiáng)曲線超出預(yù)警線的范圍，就有可能發(fā)生噴濺或返干，操作工應(yīng)立即采取相應(yīng)的措施，以避免不正常爐況的發(fā)生。系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)流程圖如圖2、圖3所示。

圖2  中斷服務(wù)程序

圖3 主程序流程圖

    3.3 系統(tǒng)的運(yùn)行效果及特點(diǎn)

    (1)生產(chǎn)運(yùn)行情況：系統(tǒng)投入運(yùn)行，在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算所噴濺預(yù)報(bào)命中率為85％，返干預(yù)報(bào)命中率為95％。

    (2)系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)：系統(tǒng)操作簡單，一次信息引導(dǎo)裝置具有抗高溫、防堵塞功能，現(xiàn)場日常維護(hù)工作量很小；系統(tǒng)能適應(yīng)現(xiàn)場惡劣環(huán)境，穩(wěn)定可靠地連續(xù)運(yùn)行，故障率極低；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為組合式，便于安裝及維護(hù)；人機(jī)聯(lián)系清晰直觀，可全過程顯示爐內(nèi)造渣的動態(tài)趨勢，并可打印記錄曲線，為生產(chǎn)調(diào)度提供了依據(jù)；系統(tǒng)應(yīng)用軟件實(shí)用性強(qiáng)，且便于擴(kuò)展及開發(fā)，并備有上位機(jī)接口，可為轉(zhuǎn)爐靜態(tài)或動態(tài)控制提供有關(guān)參數(shù)；功能/價(jià)格比高，有靈活調(diào)整的功能，便于因地制宜推廣應(yīng)用。

4、結(jié)束語

    基于IPC的轉(zhuǎn)爐噪聲督導(dǎo)吹煉系統(tǒng)有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，可根據(jù)不同的應(yīng)用對象，指導(dǎo)爐前操作。近幾年在全國數(shù)家煉綱廠推廣應(yīng)用取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益社會效益。

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