高爐煉鐵工藝及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

楊道坤

摘 要：本文主要介紹了高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中高爐本體、上料系統(tǒng)、槽上系統(tǒng)的邏輯控制功能，以及該系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)。該控制系統(tǒng)自動(dòng)化控制范圍廣，自動(dòng)化程度高，采用了大量新技術(shù)和一些先進(jìn)的控制算法，實(shí)施效果好，經(jīng)濟(jì)效益高、推廣應(yīng)用價(jià)值巨大。

關(guān)鍵詞：高爐自動(dòng)化控制研究

煉鐵廠高爐采用計(jì)算機(jī)對(duì)主要工藝生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)控制，系統(tǒng)為兩級(jí)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控層為上位監(jiān)控站系統(tǒng)和基礎(chǔ)控制層為電控系統(tǒng)和儀控系統(tǒng)設(shè)置為三電一體化（EIC）控制系統(tǒng)，統(tǒng)一由PLC完成高爐自礦槽、主卷?yè)P(yáng)上料到本體、熱風(fēng)爐、粗煤氣處理及煤氣凈化系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等各子系統(tǒng)設(shè)備級(jí)監(jiān)控與管理，六套系統(tǒng)采用以太環(huán)網(wǎng)通信，同時(shí)為不同的數(shù)據(jù)安全性，嵌套MB+網(wǎng)絡(luò)，從而在高爐主控室實(shí)現(xiàn)了整個(gè)高爐的設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程的全過(guò)程綜合監(jiān)控，同時(shí)數(shù)據(jù)環(huán)可以遠(yuǎn)傳到骨干網(wǎng)。本文主要論述了煉鐵廠高爐自動(dòng)化控制的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。

一、系統(tǒng)主要功能

隨著工業(yè)的發(fā)展，高爐的運(yùn)用愈來(lái)愈滲透進(jìn)多個(gè)行業(yè)。但是在高爐產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益.應(yīng)用多套PLC組成高爐控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法和功能特點(diǎn)，以及多座高爐控制系統(tǒng)進(jìn)行兩級(jí)聯(lián)網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制和生產(chǎn)管理自動(dòng)化。實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，滿足了高爐生產(chǎn)要求并取得很好的效益。主體工藝系統(tǒng)采用三電（電氣，儀表，計(jì)算機(jī)）控制一體化程度較高的分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制、監(jiān)視和操作，主要的輔助工藝系統(tǒng)則視工藝過(guò)程控制的難易程度，選用獨(dú)立的PLC（DCS）或繼電器（模擬儀表）系統(tǒng)進(jìn)行控制、監(jiān)視和操作。主體工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)與輔助工藝PLC（DCS）或繼電器（模擬儀表）系統(tǒng)之間通過(guò)數(shù)據(jù)通信接口或I/O模件接線方式進(jìn)行通信。

（一）機(jī)群系統(tǒng)控制

采用光纖以太環(huán)網(wǎng)同時(shí)為不同的數(shù)據(jù)安全性，嵌套MB+網(wǎng)絡(luò)。上位監(jiān)視系統(tǒng)采用對(duì)等模式，每一個(gè)系統(tǒng)都已有兩臺(tái)相同監(jiān)控機(jī)，相互獨(dú)立，互為備用?，F(xiàn)場(chǎng)控制站由QUANTUM系列PLC組成，和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備控制，數(shù)據(jù)的處理。

（二）高爐本體控制系統(tǒng)

煉鐵廠高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)包括四部分分別是上料和爐頂自動(dòng)控制系統(tǒng)、高爐本體自動(dòng)控制系統(tǒng)、熱風(fēng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)和布袋除塵自動(dòng)控制系統(tǒng)。每套系統(tǒng)都包括操作級(jí)和過(guò)程級(jí)操作級(jí)包括傳統(tǒng)控制功能如操作與監(jiān)視、歸檔與信息記錄、趨勢(shì)與報(bào)警、回路與邏輯控制功能等為便于管理所有功能都可在相應(yīng)過(guò)程站中執(zhí)行。做為過(guò)程級(jí)是由一個(gè)或幾個(gè)過(guò)程站組成每個(gè)過(guò)程站都由主PLC及各種I/O模塊組成。

（三）槽下控制系統(tǒng)

槽下自控關(guān)鍵部分有料單的分解、處方的運(yùn)行及主卷?yè)P(yáng)的自動(dòng)控制。在料單的分解、運(yùn)行中及處方的運(yùn)行中大量運(yùn)用了順序功能塊圖SFC對(duì)料單進(jìn)行初始設(shè)定并對(duì)所送料單的裝序進(jìn)行判斷對(duì)裝法中的焦、礦位置、個(gè)數(shù)進(jìn)行判定為篩料、放料工作打下基礎(chǔ)。

（四）爐頂控制系統(tǒng)

受料斗接受由卷?yè)P(yáng)小車送來(lái)的原料下口有一個(gè)柱塞閥。柱塞閥、上密封閥、放散閥都在關(guān)閉位置受料斗中的料不“滿”時(shí)允許小車上行送料料斗“滿”后依次打開(kāi)上密封閥、柱塞閥向料罐裝料。料罐儲(chǔ)存爐料可容納一批礦或一批焦。在料罐上口安有上密封閥可在料倉(cāng)漏料入爐時(shí)密封住爐內(nèi)煤氣。料倉(cāng)下口有下密閥。探尺探測(cè)爐內(nèi)料面高度。當(dāng)料面達(dá)到設(shè)定高度提探尺允許料罐向爐內(nèi)放料。設(shè)東、西兩個(gè)探尺可選擇用一個(gè)也可兩個(gè)同時(shí)使用。溜槽的傾動(dòng)是指在垂直平面內(nèi)改變溜槽傾角的運(yùn)動(dòng)。溜槽的旋轉(zhuǎn)是指溜槽完成繞高爐中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。傾動(dòng)和旋轉(zhuǎn)都是由兩臺(tái)SIEMENS公司6SE70系列變頻器控制完成的兩臺(tái)變頻器一備一用都裝有絕對(duì)值編碼器來(lái)檢測(cè)傾動(dòng)α角和旋轉(zhuǎn)β角的角度。同時(shí)在溜槽傾角的兩個(gè)極限位置設(shè)有兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)作為安全自鎖和報(bào)警使用。

（五）數(shù)據(jù)采集、畫(huà)面監(jiān)控操作、歷史趨勢(shì)顯示及報(bào)表打印功能

為保證高爐生產(chǎn)的安全運(yùn)行和生產(chǎn)效率，要求自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠全面對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，而且由于數(shù)據(jù)量較大，所以對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化程度要高。對(duì)發(fā)生的設(shè)備故障及安全事故，要求自動(dòng)化控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確、及時(shí)記錄其數(shù)值和情況，繪制歷史趨勢(shì)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)能夠準(zhǔn)確匯總數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)服務(wù)。對(duì)檢測(cè)儀表而言，也即對(duì)溫度、壓力、差壓、流量、料位、重量的檢測(cè)，要求數(shù)據(jù)的采集精確度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

二、系統(tǒng)的技術(shù)特色

綜觀國(guó)內(nèi)外高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，具有創(chuàng)新性和技術(shù)領(lǐng)先性，并具有較強(qiáng)的輻射作用。其先進(jìn)性主要表現(xiàn)在：

1、該高爐整體自動(dòng)化控制程序特點(diǎn)為三電一體化結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)中各控制工序均通過(guò)PLC完成，同時(shí)實(shí)現(xiàn)所有控制都通過(guò)PLC控制，充分實(shí)現(xiàn)PLC的高穩(wěn)定性，高可靠性。2、自動(dòng)化控制程度范圍廣。全系統(tǒng)采用了多套PLC系統(tǒng)、15臺(tái)監(jiān)控站。全系統(tǒng)自動(dòng)化控制包含了高爐槽下、爐頂、本體、等高爐生產(chǎn)全過(guò)程，同時(shí)實(shí)現(xiàn)之間數(shù)據(jù)的共享，連鎖實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分析和綜合控制3、高爐的自動(dòng)控制為冗余的光纖以太環(huán)網(wǎng)，同時(shí)為不同的數(shù)據(jù)安全性，嵌套MB+網(wǎng)絡(luò)，因此實(shí)現(xiàn)了以太環(huán)網(wǎng)與MB+網(wǎng)的轉(zhuǎn)換，使數(shù)據(jù)能夠安全的傳輸?shù)焦歉删W(wǎng)，使整個(gè)系統(tǒng)通信傳輸更加安全可靠。4、自動(dòng)化程度高，程序內(nèi)設(shè)多重聯(lián)鎖防止了設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象和誤啟停現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)配合連鎖取消，配合設(shè)備故障時(shí)的自動(dòng)控制，程序模塊化結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單明了，層次清楚，便于閱讀、修改。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)煉鐵廠高爐綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，很好地解決了以前高爐過(guò)程控制存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高爐工藝過(guò)程的合理、有效控制，保證其良好的運(yùn)行品質(zhì)，達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、節(jié)能降耗的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]史韶建.高爐槽下振篩平臺(tái)振動(dòng)分析及治理措施[J].山東冶金，2006，3：15-17.