1.概述
首钢特殊钢公司原有一台VOD(真空吹氧脱碳法)精炼炉，如图1，这台精炼炉是一种真空氩氧炉外设备，它是将盛有转炉、电炉初炼钢水的钢包置于真空罐中，在减压下吹氧，同时在钢包底部进行吹氩搅拌，进行脱碳、脱气、脱硫、去除杂质、合金化和均匀钢水温度、成分等处理，从而达到精练的目的。此方法适于生产各种合金结构钢、优质碳钢、低合金高强度钢和低碳不锈钢等。
图1 VOD精炼炉示意图
VOD精炼炉包括两部分：一是抽真空设备—蒸汽喷射泵，该泵的配置是五级串联主泵和三级串联副并联进行抽真空。二是真空罐、罐盖和台车，它是放置初炼钢水包的设备，罐盖和台车是由液压系统控制的。原控制系统是由长春电气控制设备厂按工艺要求为长春电炉厂制造的这套设备进行配套设计，采用的是继电器盘控制系统。原系统共用了59个JZ7的中间继电器和2个JJSK2的时间继电器及控制按钮、接触器等其他一些电器元件。该系统经过十余年的生产运行无论是主体设备，还是仪表及控制系统都不适应轴承钢的精炼，其中仪表和控制系统存在以下问题：
1）原仪表检测系统使用的是二型仪表，属国家淘汰产品。
2）真空度检测仪表是抽真空控制系统的关键仪表，由于其失灵，使自动控制蒸汽喷射泵的启动顺序不符合工艺要求，又由于设计上的缺陷，使操作人员不能及时掌握破坏真空时，精炼炉中的真空度值。
3）操作模拟盘使用的是弱电按钮RA10-22 110V的，其所操作的中间继电器线圈用的是220V，这样按钮寿命大大降低，经常失灵，更换维修都很困难，并且操作过程繁琐。
4）控制柜中继电器故障率高，不易维修。
由于存在以上问题，我们根据公司和生产厂的要求，对原检测与电气控制系统进行了改造。
2.系统结构及主要功能
2.1 系统结构（如图2）
图2 系统结构图
改造后的系统结构分为两层，上位机选用研华工业控制机，配19寸NEC高分辨率彩色显示器和24针宽行打印机，下位机选用三菱可编程控制器。其主要由交流输入单元(A1SX20)、直流输入单元（A1SX40）、模拟量输入单元（A1S64AD）、温度传感器单元（A1S62RD3）、继电器输出单元（A1SY10）、通讯单元（A1SJ71UC24-R2）及CPU单元(A2SHCPU)组成。上位机与下位机通过串口RS-232进行通讯。上位机画面选用GOOD HELPER(好帮手，简称GH)通用组态监控软件，这个软件是高威科最初开发的通用组态软件。
2.2 主要功能
2.2.1 上位系统
1）检测数据显示画面：上位机有一屏集中显示所有蒸汽、水、氮气及真空罐的温度、压力、真空度值等23个监测数据。操作人员通过数据的变化，随时了解系统运行情况。
2）工艺流程显示画面：在这一屏上显示了汽包、水包、氮气包、真空罐体和全部现场控制阀的状态及主要检测数据。操作人员在控制室通过显示画面在线监测设备运行情况，当设备出现故障，画面进行显示的同时，打印机打印输出故障情况。
3）罐体显示画面：这屏主要显示油泵启停，台车行走，罐盖升降等操作状态。
4）上位机显示画面动态功能较强，数据显示直观，替代了二次仪表显示，通过对系统不同功能的操作，屏幕可自动切换到相应画面。
2.2.2 下位系统
1）对抽真空、测温、加料和破坏真空系统实现自动控制，由于初炼钢水温度不同，抽真空时间也不同，我们在操作台上设置了拨码开关（显示器不带触摸屏），操作人员可根据钢水不同温度，设置抽真空时间，一次操作即可完成抽真空、计时和破坏真空的全过程。
2）在设备检修时，可操作按钮通过测试程序检查电磁阀等设备运行是否正常是否正常，并通过上位机画面直接观看其状态，使设备维护人员能及时发现问题并处理。
3）对关键阀采用自动和硬手动双重控制，保证了系统运行的绝对可靠。
2.2.3 检测系统
对重要数据在上位机画面显示的同时，采用数字仪表进行双重显示，其显示方式是独立的，保证了检测数据的真实可靠。
3.软件设计
我们应用梯形图编程软件，根据蒸汽喷射泵启动顺序的不可逆性和真空罐体的操作方式编制了系统控制程序，其中包括抽真空控制、测温控制、加料控制、破坏真空控制、罐体操作控制、拨码开关控制模拟量巡回检测等控制程序，从而实现了检测、系统控制及操作的全部功能。
4结束语
我们设计的这套VOD精炼炉监测与控制系统，自投入运行以来，无任何故障发生。操作人员在控制室通过显示屏可及时了解设备运行情况，操作简单，维修方便，减轻了操作人员的劳动强度，减少了热停工时间，使公司的自动化水平得到提高。
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