基于PLC的高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)研究

邢立凱

摘 要：在我國(guó)鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中，高爐鼓風(fēng)機(jī)是冶煉生產(chǎn)的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，為高爐生產(chǎn)提供燃燒所需的氧氣，鼓風(fēng)機(jī)的正常、安全運(yùn)行在一定程度上影響著生產(chǎn)的連續(xù)性。該文主要闡述了用傳統(tǒng)儀表控制高爐鼓風(fēng)機(jī)可能存在的問(wèn)題，并分析了基于PLC的高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)研究。

關(guān)鍵詞：高爐鼓風(fēng)機(jī) 冶煉 PLC 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273；TH452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（c）-0004-02

高爐鼓風(fēng)機(jī)是將一部分空氣匯集起來(lái)，通過(guò)加壓提高空氣壓力形成具有一定壓力和流量的高爐鼓風(fēng)，并根據(jù)生產(chǎn)所需的風(fēng)壓、風(fēng)量調(diào)節(jié)后輸送至高爐的動(dòng)力器械[1]。目前我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量占世界鋼鐵總量的50%，冶金行業(yè)發(fā)展迅速，當(dāng)今世界的高爐發(fā)展更趨向于環(huán)保、節(jié)能，傳統(tǒng)的小型高爐存在能小弟、污染嚴(yán)重等一系列弊端，正逐漸退出市場(chǎng)。PLC是專為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，此裝置具有穩(wěn)定系高、可靠性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、體積小等一系列優(yōu)點(diǎn)，并在電氣控制系統(tǒng)中已得到廣泛的應(yīng)用，能解決復(fù)雜的邏輯控制，更能在惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間、不間斷運(yùn)行，而且操作較為簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。

1 高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述

高爐冶煉的工作原理是依靠催化劑在高溫下將礦石材料還原成鋼鐵材料的過(guò)程，由于其體積龐大，在運(yùn)作過(guò)程中對(duì)溫度、壓力需求加大，因此，鼓風(fēng)機(jī)成為工作中的中樞。鼓風(fēng)機(jī)是否正常、穩(wěn)定運(yùn)作直接影響到高爐鋼水、鐵水的生產(chǎn)、壓力支撐等工作，若風(fēng)量不足，則可能導(dǎo)致礦石燃料下落凝結(jié)在爐體空間，形成高爐灌渣現(xiàn)象，給企業(yè)帶來(lái)巨大的損失[2]。一套良好的控制系統(tǒng)是鼓風(fēng)機(jī)正常、穩(wěn)定工作的重要保障，目前高爐鼓風(fēng)控制系統(tǒng)采取PLC過(guò)程控制系統(tǒng)，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控、邏輯監(jiān)控和過(guò)程監(jiān)控。連續(xù)監(jiān)控主要對(duì)風(fēng)量、風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)控；邏輯監(jiān)控主要對(duì)鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組啟動(dòng)條件進(jìn)行連鎖功能、安全防范、緊急停機(jī)等工作流程進(jìn)行監(jiān)控；過(guò)程監(jiān)控主要對(duì)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)作過(guò)程進(jìn)行全面、全程監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)事件并做出處理。鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組涉及的電氣設(shè)備種類繁瑣且操作復(fù)雜，通過(guò)PLC過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，可將復(fù)雜的操作簡(jiǎn)便化，提高工作效率的同時(shí)更能對(duì)突發(fā)事件做出及時(shí)的處理，避免出現(xiàn)更大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

2 高爐鼓風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 明確被控對(duì)象設(shè)備及重要參數(shù)

鼓風(fēng)機(jī)組汽輪機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)包括功率范圍、總級(jí)數(shù)、工作轉(zhuǎn)速、壓力、流量等；軸流風(fēng)機(jī)主要參數(shù)有風(fēng)機(jī)吸入風(fēng)量、入口溫度壓力、轉(zhuǎn)速等；通過(guò)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)組基本結(jié)構(gòu)的研究，了解控制系統(tǒng)所涉及的設(shè)備和操作流程，同時(shí)掌握操作的重要參數(shù)[3-4]。在設(shè)計(jì)高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，必須明確被控對(duì)象設(shè)備，深入了解被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)組成、工作條件和重要操作參數(shù)，同時(shí)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的歷史情況進(jìn)行分析，了解控制系統(tǒng)之前可能存在的故障和限制，在設(shè)計(jì)時(shí)可有效避免此類問(wèn)題，避免造成不必要的損失。

2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前大部分控制系統(tǒng)分為計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)和手動(dòng)操作控制系統(tǒng)兩部分，兩者的分工合作滿足不同的控制需求。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要通過(guò)預(yù)置系統(tǒng)的重要參數(shù)，依據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)處理控制完成鼓風(fēng)機(jī)的控制工作流程，自動(dòng)完成工作數(shù)據(jù)的采集儲(chǔ)存、故障預(yù)警顯示、故障自動(dòng)處理、工作狀況備份存檔等。手動(dòng)操作控制系統(tǒng)主要以人為手動(dòng)控制鼓風(fēng)機(jī)組的開關(guān)，通過(guò)手動(dòng)操作對(duì)電氣系統(tǒng)完成對(duì)鼓風(fēng)機(jī)組的控制。通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)和手動(dòng)操作控制系統(tǒng)的無(wú)縫連接，滿足各種工況需求的同時(shí)提高工作效率。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要通過(guò)五路模擬量控制輸出，通過(guò)調(diào)速器控制鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)汽輪機(jī)氣門調(diào)速，并協(xié)同控制轉(zhuǎn)速的PID控制器組成控制回路。PID操作簡(jiǎn)單，工作狀態(tài)穩(wěn)定，因此對(duì)機(jī)組的擾動(dòng)性低。根據(jù)出風(fēng)量。應(yīng)采用靜葉角度控制器和防喘振控制系統(tǒng)，開關(guān)啟停的功能主要由驅(qū)動(dòng)報(bào)警開關(guān)顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)。

供電系統(tǒng)以及地線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)，供電系統(tǒng)為確保計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵性因素，供電不正?？赡軐?dǎo)致系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性[5]。地線系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是防干擾特性，在鋪設(shè)過(guò)程中與動(dòng)力電纜等線路分開，采用屏蔽功能的電纜，避免電磁的干擾。

2.3 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與相關(guān)應(yīng)用軟件關(guān)系密切，鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件主要包括下機(jī)位PLC控制系統(tǒng)軟件、監(jiān)控軟件以及通訊網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用STEP 7對(duì)鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行用戶用程序編制，夏季為采用SIM ATIC STEP 7編制PLC機(jī)組啟動(dòng)連鎖控制、自動(dòng)操作控制等；下機(jī)位采用SIM ATIC WINCC對(duì)數(shù)據(jù)和畫面進(jìn)行編程，主要編制機(jī)組全貌、動(dòng)力油站、防喘振監(jiān)控等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須包括總覽顯示、主顯示、監(jiān)控界面、警報(bào)界面等顯示界面。所選用的軟件必須能夠?qū)崿F(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)組正常運(yùn)行所涉及的操作控制，主要包括靜葉角度、風(fēng)量風(fēng)壓等系統(tǒng)的控制，同時(shí)還包括防喘振控制系統(tǒng)等。進(jìn)行軟件調(diào)試時(shí)，不僅要對(duì)軟件硬件設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)還要對(duì)相關(guān)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，確保應(yīng)用軟件的穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)逐漸加強(qiáng)對(duì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重視度和支持力度，高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)必將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的升級(jí)。高爐鼓風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)整個(gè)冶煉生產(chǎn)過(guò)程有重要的作用。通過(guò)對(duì)機(jī)組整個(gè)工藝流程的了解，優(yōu)化機(jī)組的控制方法是發(fā)展的關(guān)鍵，基于PLC的高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高了控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，使操作更為簡(jiǎn)便，有效降低了成本，符合國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的要求，促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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