煉鐵高爐的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)探究

武偉

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及社會(huì)對(duì)于鋼鐵需求的不斷擴(kuò)大，這些都加速了鋼鐵行業(yè)的迅速發(fā)展以及在技術(shù)運(yùn)用方面源源不斷的改革。文章主要就是對(duì)煉鐵高爐的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的探究，對(duì)煉鐵高爐的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)以及基本的配置進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，并介紹了電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中的高爐本體自動(dòng)控制、高爐自動(dòng)化傳動(dòng)控制系統(tǒng)、熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)、自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：煉鐵；高爐；電氣；自動(dòng)控制系統(tǒng)

1 概述

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，人們對(duì)于煉鐵的數(shù)量以及煉鐵的質(zhì)量的要求都在不斷地改變著，在冶金生產(chǎn)過(guò)程中，高爐是至關(guān)重要的部分，高爐的出鐵質(zhì)量、產(chǎn)量直接關(guān)系到鋼的質(zhì)量和產(chǎn)量，煉鐵高爐是連續(xù)作業(yè)的，而進(jìn)行連續(xù)作業(yè)都需要配套的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制及操作。高爐的電氣自動(dòng)控制就是為了達(dá)到特定的控制目的，在沒(méi)有人直接參與操作的情況下，使用檢測(cè)儀表和其他的控制設(shè)備裝置對(duì)機(jī)器或者某一生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制?，F(xiàn)代高爐自動(dòng)化主要是指儀表檢測(cè)及控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過(guò)程及管理用的計(jì)算機(jī)。其中儀表控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)通常由DCS或PLC完成。

2 高爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其配置

高爐的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)高爐特點(diǎn)，一般都是選擇開(kāi)放式的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，高爐的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最基本要求是安全穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)需要，性?xún)r(jià)比相對(duì)比較高。分散是煉鐵高爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中自動(dòng)化設(shè)備的主要特點(diǎn)，為了達(dá)到能夠盡量的減少電纜的使用數(shù)量，以及方便維修人員對(duì)電氣自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行維修，降低成本為目的。電氣自動(dòng)化設(shè)備主要是按照網(wǎng)絡(luò)分支體系，主站和分支之間主要是通過(guò)網(wǎng)線進(jìn)行連接。在煉鐵高爐的控制系統(tǒng)中存在一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槊總€(gè)控制系統(tǒng)是獨(dú)立的，這樣的設(shè)計(jì)方式在進(jìn)行操作的時(shí)候會(huì)有很大的不便。但可以通過(guò)PLC系統(tǒng)，并將其作為一個(gè)最基本的操作站，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)行相對(duì)比較好的控制操作。以PLC為核心的，集中與分散相結(jié)合，自動(dòng)化控制過(guò)程及監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布局結(jié)構(gòu)如圖1所示，為保證各工藝過(guò)程的安全運(yùn)行，各控制站采用LK冗余系統(tǒng)，支持電源冗余、CPU冗余、總線冗余，所有模塊均支持帶電插拔，使系統(tǒng)的安全性、可靠性大大提高。

圖1 自動(dòng)化控制過(guò)程及監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布局結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）作為基礎(chǔ)級(jí)控制站，上位計(jì)算機(jī)作為操作站，PLC控制工藝設(shè)備的運(yùn)行、檢測(cè)系統(tǒng)中有關(guān)工藝參數(shù)并對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作控制。包括邏輯控制和數(shù)據(jù)信息采集處理等。操作站主要實(shí)現(xiàn)操作人員通過(guò)CRT上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫(huà)面監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行必要的干預(yù)，進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。上位計(jì)算機(jī)處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)通訊，操作站配置完善的CRT顯示及全鍵盤(pán)編程和操作監(jiān)視功能，以完成對(duì)系統(tǒng)的編程、操作、監(jiān)視。上位機(jī)使用以太網(wǎng)進(jìn)行連接，考慮到系統(tǒng)運(yùn)行期間數(shù)據(jù)的傳輸量會(huì)很大，所以在進(jìn)行對(duì)以太網(wǎng)的選擇時(shí)必須要在能夠滿足上位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)之上建立。為了保證現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送的安全可靠性以及實(shí)時(shí)行，在PLC和遠(yuǎn)程站點(diǎn)必須要使用現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行連接。

3 高爐本體控制系統(tǒng)

高爐過(guò)程檢測(cè)和控制的主要項(xiàng)目可分為，監(jiān)視爐內(nèi)反應(yīng)、穩(wěn)定高爐操作、保護(hù)爐體及人身安全等，因此高爐檢測(cè)儀表及控制系統(tǒng)的選擇十分重要，它直接關(guān)系到高爐的正常生產(chǎn)，爐體維護(hù)及設(shè)備保護(hù)。高爐本體部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐本體的相關(guān)高爐生產(chǎn)工藝參數(shù)的采集控制功能，包括計(jì)算機(jī)部分（軟、硬件）、PLC模塊、信號(hào)調(diào)理器、一次檢測(cè)儀表等組成。采用計(jì)算機(jī)顯示高爐本體全部有關(guān)溫度、壓力、流量等，熱工參數(shù)實(shí)現(xiàn)全CRT顯示，可進(jìn)行表格列表顯示、模擬工藝設(shè)備圖形顯示、歷史趨勢(shì)曲線方式等多顯示方式畫(huà)面的切換。可實(shí)現(xiàn)歷史曲線調(diào)用、查看數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)情況，分析爐況運(yùn)行情況。高爐本體部分，可在計(jì)算機(jī)部分實(shí)現(xiàn)風(fēng)溫（混風(fēng)）的PID自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，進(jìn)行PID參數(shù)的設(shè)定，也可實(shí)現(xiàn)CRT手動(dòng)調(diào)節(jié)控制混風(fēng)閥裝置實(shí)現(xiàn)CRT手動(dòng)調(diào)節(jié)，在計(jì)算機(jī)CRT畫(huà)面上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)的值，如設(shè)定值、實(shí)際值、閥門(mén)閥位開(kāi)度情況等。

4 高爐自動(dòng)化傳動(dòng)控制系統(tǒng)

高爐自動(dòng)化傳動(dòng)控制系統(tǒng)中可以采用交、直流調(diào)速電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行。電機(jī)機(jī)組用途和參數(shù)如表1所示：

表1 電機(jī)機(jī)組用途和參數(shù)

采用交-直-交變頻調(diào)速控制時(shí)，為了保證系統(tǒng)的可靠性，可以在在線狀態(tài)下，增加一臺(tái)同容量的變頻器及其切換柜，通過(guò)主動(dòng)/從動(dòng)切換線路，可快速可靠地將其投入在線狀態(tài)，快速替換主或從裝置。各套設(shè)備內(nèi)部連鎖采用獨(dú)立PLC控制，不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性能，便于維護(hù)性，而且便于今后擴(kuò)展升級(jí)。

5 熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)

一般高爐都配有三座熱風(fēng)爐，每座熱風(fēng)爐工作周期包括燃燒、換爐、送風(fēng)三個(gè)過(guò)程，保證高爐所需要的熱風(fēng)能夠連續(xù)不斷地進(jìn)入到高爐之中，滿足高爐對(duì)熱風(fēng)周期性的需要。將冷風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱就是熱風(fēng)爐在煉鐵高爐中的主要作用，此外，合理地設(shè)置熱風(fēng)爐燃燒制度（燃燒控制系統(tǒng)）和送風(fēng)制度（換爐控制系統(tǒng)）是充分發(fā)揮熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)的潛力來(lái)滿足工藝要求（增加蓄熱能力、提高風(fēng)溫），保證熱風(fēng)爐設(shè)備安全，提高熱效率、降低能耗的關(guān)鍵所在。對(duì)于熱風(fēng)爐的操作大致可以分為三類(lèi)：全自動(dòng)化、半自動(dòng)化、人工。

6 自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控

為了能夠?qū)Σ僮鳜F(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)等進(jìn)行記錄、即時(shí)的對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的控制，相關(guān)的工作人員采用自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)對(duì)集中控制的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。在監(jiān)控的內(nèi)容之中，最主要的就是對(duì)系統(tǒng)中的工業(yè)設(shè)計(jì)的監(jiān)控，其次就是對(duì)運(yùn)行的所有設(shè)備的監(jiān)控，這樣就可以盡快地發(fā)現(xiàn)所出現(xiàn)的問(wèn)題，以便相關(guān)的工作人員能夠盡快的進(jìn)行問(wèn)題處理。

當(dāng)然在控制系統(tǒng)之間一定要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，以便能夠做到對(duì)各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況的監(jiān)控，這樣可以使得故障出現(xiàn)的頻率減少，而系統(tǒng)的安全可靠性則不斷地提高，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程也會(huì)更加的安全、有效。

7 結(jié)束語(yǔ)

鋼鐵冶金企業(yè)采用電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)煉鐵高爐進(jìn)行操作的控制之后，不僅僅減少了所需要的操作人員，縮短了相關(guān)的工作人員的工作時(shí)間，還大大地提高了工作的效率，降低了企業(yè)在這方面的成本。所以電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的使用給社會(huì)以及企業(yè)帶來(lái)很大的效益。

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