一種高爐煉鐵噴煤裝置

蘇愛民

摘要：高爐噴煤是現(xiàn)代高爐煉鐵生產(chǎn)廣泛采用的新技術(shù)，同時(shí)它還是現(xiàn)代高爐爐況調(diào)節(jié)所不可缺少的重要手段之一。噴吹煤粉日益受到各個(gè)國家或地區(qū)的高度重視。這項(xiàng)技術(shù)在近幾十年中取得了明顯的進(jìn)步，而且，在相關(guān)的煉鐵新工藝中，也不斷地得到了推廣和應(yīng)用。本系統(tǒng)由西門子S7-300系列PLC組成，采用WinCC軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)過程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，故障信號(hào)的報(bào)警記錄，歷史數(shù)據(jù)的歸檔及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)控制。該系統(tǒng)投運(yùn)以來，充分發(fā)揮了PLC的控制可靠的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，從而提高了生產(chǎn)效本。

關(guān)鍵詞：發(fā)展趨勢(shì)；組成；設(shè)計(jì)；改進(jìn)

1 高爐噴煤技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

高爐噴煤技術(shù)是鋼鐵生產(chǎn)過程中大幅度降低焦比和生鐵生產(chǎn)成本的重要技術(shù)措施，同時(shí)也是推動(dòng)鋼鐵生產(chǎn)工藝流程技術(shù)更新升級(jí)的核心力量。自20世紀(jì)80年代初，高爐噴煤技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)工藝中得到廣泛推廣使用以來，在大量研發(fā)人員的共同努力下，各國鋼鐵廠的高爐噴煤量也有了很大提高。我國經(jīng)過最近十來年的研發(fā)和工程實(shí)踐，高爐噴煤技術(shù)也取得了很多令人滿意的成果，推動(dòng)鋼鐵生產(chǎn)的快速發(fā)展。富氧噴煤技術(shù)、氧煤噴吹技術(shù)、粒煤噴吹和配煤混合噴吹技術(shù)等新技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)高爐噴煤系統(tǒng)中得到廣泛推廣應(yīng)用。高爐噴煤系統(tǒng)由于工作原理復(fù)雜、專業(yè)性較強(qiáng)等因素的影響，在鋼鐵生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有非常重要的地位，因而對(duì)整個(gè)高爐噴煤系統(tǒng)各環(huán)節(jié)動(dòng)作保護(hù)的可靠性、靈敏性、精確性等均有很高的要求。高爐噴煤系統(tǒng)雖然整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是各電氣設(shè)備相互間的連鎖工作原理較為簡單，工藝流程較為系統(tǒng)。隨著各種噴煤技術(shù)的不斷開發(fā)和在工程實(shí)踐中的廣泛推廣應(yīng)用，高爐噴煤控制過程均離不開相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，也就是說相應(yīng)技術(shù)的產(chǎn)生必須有對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)模型作為支撐，以發(fā)揮出其應(yīng)有的功能效果。因此，在結(jié)合高爐噴煤系統(tǒng)的總體流程方案的基礎(chǔ)上，構(gòu)筑高效精確的高爐噴煤自動(dòng)控制數(shù)據(jù)模型和計(jì)算機(jī)可視化監(jiān)視控制系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)自動(dòng)控制工作人員研究的一個(gè)重要課題。

2 高爐噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成

高爐噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括兩套PLC控制站，高爐噴煤PLC控制站和焦?fàn)t煤氣加壓站PLC控制站。高爐噴煤PLC控制站位于高爐主控室，焦?fàn)t煤氣加壓站PLC控制站位于焦?fàn)t煤氣加壓站控制室。2套PLC控制站之間通過光纖以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享，同時(shí)都為企業(yè)的能源管理中心預(yù)留了光纖以太網(wǎng)接口。每套PLC控制站選用羅克韋爾公司ControlLogix5000系列PLC產(chǎn)品。所有控制站支持雙機(jī)熱備的冗余配置，即主控機(jī)架的處理器、電源、框架、遠(yuǎn)程I/O通訊網(wǎng)絡(luò)、上位監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)完全按照冗余配置。PLC控制站與HMI操作站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet聯(lián)接；控制站內(nèi)部CPU主機(jī)架與遠(yuǎn)程I/O機(jī)架之間采用冗余的控制層網(wǎng)絡(luò)ControlNet聯(lián)接。

3 系統(tǒng)與應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

主要硬件設(shè)備：西門子S7-300可編程控制器兩套、上位機(jī)四臺(tái)。西門子S7-300可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)。硬件損壞時(shí)更換方便，組態(tài)軟件SIEMENS STEP 7 V5.3；WINCC 6.0。按工藝要求編制相應(yīng)的控制軟件，主要實(shí)現(xiàn)以下功能①制粉系統(tǒng)：設(shè)備安全連鎖控制；煙氣爐燃燒溫度控制；磨煤機(jī)入口溫度控制；熱煙氣二次冷風(fēng)控制；給煤機(jī)下煤量控制；布袋收粉器入口溫度控制；中速磨入口負(fù)壓控制；中速磨出口溫度控制；各工藝參數(shù)測(cè)量顯示；操作數(shù)據(jù)設(shè)定；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。②噴吹系統(tǒng)：噴吹罐自動(dòng)裝煤控制；噴吹罐自動(dòng)倒罐控制；噴吹罐自動(dòng)放散控制；噴吹罐補(bǔ)壓控制；噴吹罐流化控制；噴煤量控制；工藝參數(shù)顯示；設(shè)備安全連鎖控制；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控；班報(bào)日?qǐng)?bào)等。

4 技術(shù)改進(jìn)

模糊邏輯是一種處理不確定性、非線性問題的有力工具，它比較適合于表達(dá)那些模糊或定性的知識(shí)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行計(jì)算、分布式信息存儲(chǔ)、容錯(cuò)能力強(qiáng)以及具備自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力等一系列優(yōu)點(diǎn)。模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，使得網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)及所有參數(shù)均有明顯的物理意義，因此這些參數(shù)的初值可以根據(jù)系統(tǒng)的模糊活定性的知識(shí)來加以確定，然后利用學(xué)習(xí)算法可以很快收斂到要求的輸入輸出關(guān)系。

4.1 儀表自動(dòng)調(diào)整

通過到處搜集資料，查詢相關(guān)信息，了解到當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其他技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。這種技術(shù)恰恰符合制粉氣體循環(huán)回路的控制方式，于是決定在單一控制的基礎(chǔ)上，配合使用PID調(diào)解技術(shù)，使操作人員從頻繁的設(shè)定閥門開度、操作閥門動(dòng)作中解脫出來，解決其他設(shè)備的棘手問題；同時(shí)使閥位調(diào)整擺脫人為因素的控制，設(shè)備的運(yùn)行失誤率就低，也加快了設(shè)備的反映速度，提高了生產(chǎn)效率，使制粉總量在相同的時(shí)間內(nèi)得到增加，繼而使噴煤數(shù)量及質(zhì)量都提高。

4.2 噴吹量精確

單獨(dú)采用的流量檢測(cè)，噴吹量的數(shù)值累計(jì)可以根據(jù)流量數(shù)值大小來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，但是當(dāng)檢測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障而無法顯示流量檢測(cè)數(shù)值時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)就無法實(shí)現(xiàn)。單獨(dú)采用噴吹量的重量檢測(cè)，通過采集上千組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)噴吹量的大小、旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速、變頻器的頻率三者之間存在著一定的數(shù)值比例關(guān)系，即Y=KX+B，其中Y為實(shí)際噴吹量，X為變頻器的頻率，B為擾動(dòng)量，固定變頻器的頻率為8HZ、10HZ、15HZ、20HZ、25HZ、30HZ、40HZ時(shí)，分別計(jì)算K系數(shù)，然后取其平均值，得到實(shí)際的噴吹量與變頻器頻率之間的一定的函數(shù)關(guān)系，但在實(shí)際調(diào)試過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)的震動(dòng)，采樣數(shù)值往往波動(dòng)較大，給自動(dòng)調(diào)節(jié)帶來一定的困難，采用峰谷值相抵法，當(dāng)出現(xiàn)較大的峰值或較小的谷值時(shí)，通過計(jì)算來處理這類數(shù)據(jù)，將其穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)，這樣通過比較來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。于是采用以上兩種控制方式相結(jié)合，如選擇重量控制時(shí)，流量檢測(cè)可作為參考，若選擇流量控制時(shí)，重量變化可作為參考，二者可進(jìn)行相互修正，更能保證噴煤量的準(zhǔn)確。兩種控制方式相結(jié)合，數(shù)據(jù)的采集過程穩(wěn)定、精度提高，制粉、噴煤乃至高爐的生產(chǎn)效率與產(chǎn)量都得到大幅度的提高。

5 結(jié)語

自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是目前電氣控制系統(tǒng)較關(guān)鍵的系統(tǒng)。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模越來越大，勞動(dòng)生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性也提出了更高的要求，原有“繼電控制系統(tǒng)”逐步被淘汰?，F(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)已擴(kuò)大到PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。冶金施工企業(yè)在電氣自動(dòng)化施工中必須對(duì)PLC的設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行很好的掌握，才能加快施工進(jìn)度和節(jié)約成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡建.西門子S7-300/400 PLC工程應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社.2011.9.

[2]廖常初.S7-300 PLC應(yīng)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2007.9.

（作者單位：河鋼宣鋼煉鐵廠）