1280m3高爐控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

徐震

（萊蕪鋼鐵集團自動化部，山東 萊蕪 271104）

前言

20 世紀50年代末期電子計算機開始應(yīng)用于高爐生產(chǎn)。當時僅作為過程解析之用。20世紀60年代初期，用計算機對高爐進行局部控制，擴大了應(yīng)用范圍。在此期間，高爐由程序控制（上料系統(tǒng)）、儀表控制（熱風系統(tǒng)），逐步向計算機控制過渡。1975年世界上已有近半數(shù)的高爐采用計算機控制。

高爐本體自動控制主要擔負爐身、爐底、爐頂、氣密箱、溜槽、冷卻水、氮氣、蒸汽、氧氣等各測點的數(shù)據(jù)監(jiān)控,以及爐頂壓力調(diào)節(jié)閥組、灑水切斷閥、氧氣切斷閥、氮氣進氣管切斷閥、密蒸汽電磁閥、混風溫度調(diào)節(jié)閥等的自動手動控制。高爐本體及爐頂控制系統(tǒng)由4個機架組成，其中兩個冗余配置主機架，兩個遠程機架。由于每個機架有I/O字數(shù)的限制以保證數(shù)據(jù)采集的快速性、實時性，I/O模塊分布于2個遠程機架中，機架之間通過S908協(xié)議通訊。PLC通過以太網(wǎng)模塊，經(jīng)過交換機，采用TCP/IP協(xié)議連接到高爐區(qū)的局域網(wǎng)上，在高爐值班室設(shè)四臺監(jiān)控站，監(jiān)視本體、爐頂工藝和設(shè)備狀態(tài)。

本文研究并開發(fā)了高爐爐頂控制系統(tǒng)，經(jīng)過長時間運行實踐，表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，為企業(yè)創(chuàng)造了良好效益。

1 控制策略

煉鐵生產(chǎn)過程是在高爐內(nèi)進行的一系列氧化還原反應(yīng)。爐料從爐頂進入高爐，冷風經(jīng)過加熱形成高溫熱風后進入高爐，隨著氣流自下往上運動。爐料由上往下運動。相互接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最后在爐子內(nèi)形成生鐵，同時形成爐渣。高爐煉鐵較其他部門需要更復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，目前計算機控制主要用于各種數(shù)據(jù)的收集、分析、記錄，爐料的稱量、校正、裝卸、運輸，控制熱平衡，穩(wěn)定爐況等。比較成熟的是用于熱風爐系統(tǒng)和裝料系統(tǒng)的自動控制。高爐自動化控制主要是保證配料正確并裝入爐內(nèi)，使爐料均勻下降，并控制爐料與氣體良好接觸，保證高爐整體處于正確的熱狀態(tài)。

1.1 信號處理方式

(1)開關(guān)量輸入信號采用直接輸入，對不穩(wěn)定或保持時間較短的信號加以處理，保持信號的可靠性。(2)對于模擬量輸入，在程序中必須具有調(diào)整參數(shù)功能，以達到與現(xiàn)場值相吻合。(3)對于不同的爐頂工藝，保證工作制度切換時，設(shè)備能夠正常工作。

1.2 手/自動關(guān)系

(1)本系統(tǒng)有自動、手動兩種模式。(2)在開爐或調(diào)試重新啟動PLC時，對系統(tǒng)進行初始化.。

2.爐頂設(shè)備控制流程

2.1 裝料流程

料車將原料運到爐頂并倒入受料斗中（最多裝四車）。料罐經(jīng)過放散，然后打開上密閥和柱塞閥并向料罐填裝原料。裝料完成后料罐進行均壓。收料斗準備接受下一批原料時就進行布料，先打開下密閥并將調(diào)節(jié)閥打開。通過射線檢測料罐清空并發(fā)出信號后，關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥、下密封閥以及放散閥進行放散，準備下一次裝料。

2.2 布料流程

一批料中，焦礦可設(shè)定兩個不同的料線位置。當探尺達到規(guī)定的料線位置后，自動提升到位，發(fā)出布料信號，下密封閥打開，布料溜槽進行啟動。β角旋轉(zhuǎn)到設(shè)定速度并且到達布料位置，開啟料流調(diào)節(jié)閥，按照批重及規(guī)定的布料程序，調(diào)節(jié)料流調(diào)節(jié)閥開度和流槽傾角，使每圈料流均勻、重量相等和首尾相接的向爐喉任意布料。

3 控制功能

3.1 溜槽的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動

溜槽的旋轉(zhuǎn)由交流電機驅(qū)動。在齒輪箱上有位置傳感器，檢測溜槽的旋轉(zhuǎn)位置。在自動模式下，溜槽不停的旋轉(zhuǎn)，如果溜槽的傾角位置達到了上限或下限，或者探尺在爐內(nèi)時溜槽傾角大于45度，溜槽要立即停止旋轉(zhuǎn)并報警。在電子位置傳感器上設(shè)定一個觸點，指示溜槽的拆卸位置。自動模式下，每一次料罐卸料的起始位置可根據(jù)位置傳感器的設(shè)備設(shè)定，卸料的起始位置由操作員在爐頂布料料單中填寫。

3.2 料流調(diào)節(jié)閥控制

料流調(diào)節(jié)閥的打開和定位是由液壓驅(qū)動的。通過電磁閥控制液壓缸，料流調(diào)節(jié)閥的開度由一個線性位置變送器檢測。設(shè)定2個極限開關(guān)用來檢測料流調(diào)節(jié)閥的位置。PLC根據(jù)爐布料代號設(shè)定料流調(diào)節(jié)閥開始布料，當接收到料罐清空信號，關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。

3.3 上料閘控制

上料閘由液壓缸啟動，其打開和閉合位置由2個極限開關(guān)檢測。同時設(shè)計備用電磁閥臺。在自動模式下，PLC按照無料鐘爐頂?shù)捻樞蚩刂粕狭祥l，如果料罐發(fā)出申請裝料信號且上密已經(jīng)打開且受料斗內(nèi)有料，則上料閘打開。延時一定時間后關(guān)閉，爐料裝入料罐中，這時受料罐發(fā)允許料車上行信號。

3.4 均壓系統(tǒng)

均壓閥和放散閥液壓缸啟動，其打開和閉合位置由2個極限開關(guān)檢測。在自動模式下，PLC按照無料鐘爐頂?shù)捻樞蚩刂凭鶋洪y和放散閥。當料罐發(fā)出申請裝料信號后，打開放散閥進行放散，上密封閥關(guān)閉后關(guān)閉放散閥。在放散過程中，打開放散閥并料罐內(nèi)壓力等于大氣壓力，則認為放散好。

4 控制功能

4.1 爐頂壓力減壓閥組調(diào)節(jié)閥控制

爐頂壓力分高壓狀態(tài)和低壓狀態(tài)兩種操作方式。（1）爐頂?shù)蛪籂顟B(tài)操作：當操作員在計算機畫面上選擇爐頂?shù)蛪籂顟B(tài)操作按扭時，自動控制方式將被切斷，調(diào)壓閥保持當前位置且轉(zhuǎn)換到手動控制（M），操作員可通過計算機畫面手動控制調(diào)壓閥組各閥門的開度。（2）爐頂高壓狀態(tài)操作：當操作員在計算機畫面上選擇爐頂高壓狀態(tài)操作按扭時，計算機則根據(jù)程序自動選擇高量程的變送器的數(shù)值作為爐頂壓力的測量PV。

4.2 氧氣總管流量調(diào)節(jié)控制

當選擇手動操作方式時，操作員可通過計算機畫面，參照畫面顯示的氧氣流量值，根據(jù)生產(chǎn)需要手動控制閥門的開度，調(diào)節(jié)氧氣流量的大小。

4.3 混風溫度調(diào)節(jié)控制

操作員通過計算機畫面，參照畫面顯示的混風溫度值，根據(jù)生產(chǎn)需要手動控制混風閥門的開度，調(diào)節(jié)混風溫度。

4.4 氮氣總管壓力調(diào)節(jié)控制

當選擇手動操作方式時，操作員可通過計算機畫面上的手操作器，根據(jù)電腦顯示的現(xiàn)場氮氣總管壓力，手動控制閥門調(diào)節(jié)氮氣總管壓力。在自動模式下，操作者在電腦顯示畫面上輸入氮氣總管壓力的給定值SP，計算機則根據(jù)氮氣總管壓力，自動控制閥門的開度，保持氮氣總管壓力穩(wěn)定在給定值的范圍之內(nèi)。

結(jié)語

本文介紹了1280m3高爐的控制工藝，研發(fā)了高爐爐頂控制系統(tǒng)，經(jīng)過長時間運行實踐，表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，保證了生產(chǎn)的順利進行，為企業(yè)創(chuàng)造了良好效益。

[1]王徐鵬.馬鋼新區(qū)高爐控制系統(tǒng)的組成與控制原理，安徽冶金[J].2011，(3):23-25.

[2]陳志虎.TRT裝置對高爐爐頂壓力的影響和控制，控制工程[J].2009，(3):22-26.