在炼钢生产中，铁水预处理是一种常见的脱硫工艺，主要产物为脱硫操作生成的脱硫渣，粘性明显。该工艺的主要目的是，减少铁中的硫含量，使用质量高、硫少的铁水炼钢。基于西门子PLC设计铁水预处理控制系统，分散控制，集中管控，有助于实现铁水的预处理效果。而且，此系统构成完整，使用简便，安全性高。为了更好的了解铁水预处理工艺，本文就以下几点展开研究。
1、铁水预处理的工艺特点
近年来，钢铁材料发展迅速，而工业产业的发展又迫使钢铁行业加大产品的研发力度，特别是汽车、化工等行业，需要使用硫含量少甚至无硫的钢材。要想炼制出此类高质量的材料，就要对其进行铁水预处理，也就是炉外脱硫。步骤包括：利用脱硫搅拌器，搅拌罐内铁水，待铁水有旋涡后，加入脱硫剂，再次搅拌，直到脱硫剂彻底和铁水混合。应注意，这里使用的搅拌器，是由耐火材料制成的。 以KP铁水预处理为例，设备为料斗、铁水车、搅拌头、喷气阀等，工艺流程见下图1。
图1 KR铁水预处理工艺流程图
2、西门子PLC的概述
PLC是指经过自由编程，实现不同控制功能的一种控制器。分析工业企业，由于生产项目复杂，若单纯的依靠人工很难满足社会需求，而PLC的应用，能在管控生产流程的同时，减少生产成本，提高生产效率。使用PLC控制生产设备时，系统已不再是接线逻辑，而是通过各种方法进行数字化控制，经由各种方式管控生产过程。通常情况下，企业会在具体生产中，利用PLC获得设备的运行信息，并给出控制指令，提高设备的运行效果和产品质量。
3、西门子PLC的铁水预处理控制系统的设计和调试
3.1设计方案
3.1.1系统软件设计
第一，监控站画面软件设计。使用软件为WinCC 6.3，步骤：①网络组态。在画面的编辑过程中，网络组态是第一个步骤，用以太网进行通讯。模式为TCP/IP，在计算机内录入地址。②TAG建立。可以说，TAG的建立是开发HMI的基础。这是因为，TAG可以显示出监控设备的动作、颜色。另一方面，后期的编程，也需要TAG。③画面编制。动画的制作，需要对设备的运行状态进行完整且清晰的展示，对于出现的错误或其他情况，会发现警报，通知有关人员处置。
第二，PLC程序软件设计。结合PLC选择的硬件设备，进行相应的组态，包括1个主站，8个远程站。网络设备是双层，分别为PROFIBUS DP网络、以太网。CPU是不具备通讯功能的，通讯功能的实现大多依靠6GK7 443-1EX11-OXEO模块。而且，新增的DP网接口可以和远程站相连，增强系统的完整性。一般来讲，此网络的接口，是CPU自身的DP接口。
3.1.2过程控制系统设计
第一，主要设备的控制程序。考虑到工艺、设备之间的需求关系，将控制程序划分为两大部分。第一部分，在工作现场进行手动控制。检修、调试设备期间，由工作人员对单个设备进行操作，不需要考虑不同设备之间的关联。第二部分，使用监控站远程控制。由操作人员对相关流程进行操作，现场无需安排员工。针对设备的运行情况，则由现场的相关设备进行控制和判断。有别于第一部分，这里需要充分的考虑不同设备间的关联。
第二，铁水罐车行走和倾翻控制。关于罐车行走、倾翻的控制，可以根据具体的情况，采用不同的控制方式。当前，最常见的控制方式为本地控制、监控站控制。①行走条件。罐车无故障；搅拌装备就位，运行良好。②倾翻条件。罐车、渣罐车就位；烟罩升降至指定的位置。
第三，搅拌旋转系统控制。在控制搅拌旋转系统时，可以使用和上述相同的控制方法。①集中控制。将操作箱调为集中操作，设置高低速的搅拌时间、速度。其中，搅拌速度可以随时调整。②连锁条件。变频器、旋转电机等无故障；罐车就位；搅拌升降设备就位。
第四，脱硫剂的使用量设定。基于操作需求、工艺条件，采用两种方式设定脱硫剂的用量。①手动设置。在监控站调出数据的输入页面，在数据来源处设为手动设定，在框内输入脱硫剂的用量。②自动计算。同样，先选择输入页面，在来源处设为自动计算。随后，参照相应的公式，对PLC的相关参数进行计算。公示如下：
G=1890×R×T×（N1-N2）×W
式中，G代表脱硫剂的使用量，单位为kg；R代表脱硫剂的活性度；T代表铁水的温度，单位为℃；N1代表铁水中的硫含量，单位为%；N2代表铁水的目标含硫量，单位为%；W代表铁水的重量，单位为t。在上述参数中，R是人工自行设定的；T是铁水未经过任何处理前的温度；N1、N2经相应的化验后，经由网络传至PLC。
3.2调试方案
3.2.1预处理
铁水预处理控制系统调试之前，需要做好充足的准备工作。比如，现场外部条件具备，各类设备状态正常。主要的检测、控制项目包括：铁水罐车内的水温；给料泵的氮气支管；氮气总管的流量、温度；电机轴承、风机轴承的温度；风机进口风压等。
3.2.2变频电机调试
由于变频电机比较多，受文章篇幅影响，本文以卷扬电机为例。首先，将搅拌头的高度调至卷扬电机中心处，用当地的控制变频器点动电机，对正转、反转的状态进行检查。其次，对低压柜内的变频器面板，使电机处于正转状态。最后，用当地面板启动电机，并对其进行升降处理，待转速处于正常状态后，检查电流是否超过限值。应注意，密切观察搅拌头的高度，一旦接近上下限值立即停止。正常后，将本地控制调整为远程控制，用PLC控制卷扬电机的运作。
3.2.3 MCC控制部分电机调试
铁水预处理使用的电机比较多，同样选择其中一种进行调试。以CaO料仓电机为主，首先，借助低压柜内的当地按钮，对点动电机进行控制，检查处于正转还是反转。如果是反转，需要进行倒相处理。随后，对电流值进行检查，以不超上限值为宜。正常后，调为远程控制，用PLC控制运作。
3.2.4自动测温取样系统调试
首先，对自动测温取样装置进行调整，使其保持垂直。随后，摘掉传动链条，使用当地的设备对电机进行控制。链条安上，使自动测温取样装置归位，将舱门打开，开动电机，并升降，直到转动速度符合规定。此过程，需要对取样的高度进行观察，和限值接近后，即刻停止。应注意，在电机的转速正常后，将控制方式调为远程控制。其次，对系统的破渣状态进行检查，舱门关闭，罐车位置不当，搅拌桨未到位，都不能运作破渣电机。最后，调整破渣速度，用变频调整至速度为每分钟10-15M，用编码器调整至行程为4000mm。
4、结语
综上所述，根据铁水脱硫的要求和工艺特点，设计一套可靠、实用的控制系统，不仅可以克服工作区域的不良因素，现场的手动操作还能使设备的维护、检修操作更加简便，节约了人工成本，提高了企业的生产效益。
参考文献：
[1]张阁.西门子PLC控制系统及其在污水处理控制中的应用[J].现代工业经济和信息化,2020,11(2):63-65,80.
[2]吴新友.基于西门子S7-1200PLC实训装置设计[J].科学技术创新,2020(4):186-187.
[3]连文敬,孙兴洪.宝钢一炼钢铁水预处理工艺实践[J].宝钢技术,2020(1):69-72.
[4]张永青.铁水预处理及转炉冶炼脱Ti实践分析[J].宽厚板,2020,27(2):31-33.