基于PLC 的高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡振江，呂 亮，徐向春，李 平

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

1 高爐煉鐵生產(chǎn)工藝

高爐煉鐵生產(chǎn)工藝較為繁瑣，因此，我們要先了解高爐工藝中每個(gè)流程步驟。煉鋼廠高爐自動(dòng)化系統(tǒng)主要由給料系統(tǒng)由給料、爐體、廢渣處理、熱風(fēng)爐等系統(tǒng)組成，聯(lián)合水泵房系統(tǒng)等。為了使原材料達(dá)到高爐煉鐵實(shí)際生產(chǎn)需求，要對(duì)原材料進(jìn)行篩選，供料系統(tǒng)將原材料輸送至高爐中，熱風(fēng)爐可以對(duì)鼓風(fēng)機(jī)吹出的空氣進(jìn)行加熱，送入高爐內(nèi)部。高爐產(chǎn)出的生鐵能夠鑄成鐵塊，處理后的礦渣可用于水泥工業(yè)。高爐的生產(chǎn)過(guò)程由高爐主體和其他輔助設(shè)備系統(tǒng)完成。高爐煉鐵的工藝流程如圖1 所示。

圖1 高爐的工藝系統(tǒng)組成

高爐復(fù)雜的工藝系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分：

高爐爐體部分：高爐爐體是高爐煉鐵過(guò)程正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。它具有大量的模擬輸入，尤其是大量的溫度傳感器輸入數(shù)據(jù)，并且可以監(jiān)視復(fù)雜的高爐爐體狀況。

煉鐵高爐的上料系統(tǒng)部分：高爐供料系統(tǒng)分為爐頂分配部分和儲(chǔ)罐下料部分。爐頂分配部分可以將爐槽下方輸送來(lái)的物料正確分配下去，同時(shí)能夠控制分配斜槽的旋轉(zhuǎn)情況和傾斜角度，滿足多種形式的分配；料槽下的配料可將高爐煉鐵使用的原材料以正確的比例進(jìn)行分配，將原料運(yùn)送至高爐頂部，它的作用是對(duì)料槽的閥門(mén)和斜槽進(jìn)行控制。

在高爐冶煉過(guò)程中，爐料從頂部分配系統(tǒng)加載到高爐中，并從頂部移動(dòng)到底部。高爐底部的風(fēng)口吹入熱風(fēng)爐發(fā)出的熱空氣還原氣體為一氧化碳和氫氣。當(dāng)電荷降低時(shí)，上升的還原氣流將其加熱，從而產(chǎn)生一系列的物理和化學(xué)變化。在該過(guò)程中，鐵礦石中的氧化物被還原氣體還原，并且所產(chǎn)生的鐵水和爐渣分別從鐵孔和爐渣孔排出。產(chǎn)生的高爐煤氣被除塵并輸送到發(fā)電廠。

2 高爐PLC網(wǎng)絡(luò)

圖2 高爐PLC 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

高爐監(jiān)控系統(tǒng)選用MODBUS PLUS 網(wǎng)，PLC 分站與主站之間選用同軸電纜通過(guò)遠(yuǎn)程I/O 分支器連接，卷?yè)P(yáng)主站與槽下分站電源取自卷?yè)P(yáng)UPS 電源。

該系統(tǒng)主要的控制設(shè)備分為三部分，爐頂部分有：煤氣放散、東西均壓閥、東西均壓放散閥、擋料閥、上密封閥、下密閥、料流調(diào)節(jié)閥、布料器旋轉(zhuǎn)、溜槽傾動(dòng)、東西探尺等設(shè)備；卷?yè)P(yáng)部分有：東西料車(chē)；槽下部分有：10 個(gè)電子坑門(mén)的開(kāi)關(guān)，振料、稱值數(shù)據(jù)采集，2 個(gè)地坑的開(kāi)關(guān)，振料、稱值數(shù)據(jù)采集，運(yùn)礦、運(yùn)焦、返礦、返焦等6 個(gè)皮帶。以上設(shè)備通過(guò)該P(yáng)LC 自動(dòng)系統(tǒng)的來(lái)實(shí)現(xiàn)了高爐的生產(chǎn)流程自動(dòng)化控制。

3 高爐熱風(fēng)爐參數(shù)設(shè)置方法

（1）高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)配置4 座頂燃式熱風(fēng)爐，僅用高爐煤氣進(jìn)行燒爐，設(shè)計(jì)風(fēng)溫1200℃，最高拱頂溫度1400℃，蓄熱面積為124m3。高溫區(qū)采用硅磚，熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)有換熱器來(lái)預(yù)熱助燃空氣，采用兩臺(tái)助燃風(fēng)機(jī)集中送風(fēng)，1 用1 備。計(jì)算機(jī)自動(dòng)燃燒控制、送風(fēng)溫度控制和換爐控制等。

圖3 4 座頂燃式熱風(fēng)爐圖

（2）操作方式。①機(jī)旁非聯(lián)鎖。選中后允許機(jī)旁操作，沒(méi)有任何安全聯(lián)鎖限制，僅在停產(chǎn)檢修時(shí)允許使用。②集中聯(lián)鎖。選中后允許在OS 站操作設(shè)備，有安全聯(lián)鎖條件限制。③集中非聯(lián)鎖。選中后允許在OS 站操作設(shè)備，沒(méi)有任何安全聯(lián)鎖條件限制，僅在試車(chē)時(shí)允許使用，投產(chǎn)后禁止使用。④自動(dòng)。選中后允許單個(gè)熱風(fēng)爐從送風(fēng)轉(zhuǎn)悶爐，悶爐轉(zhuǎn)燃燒，燃燒轉(zhuǎn)悶爐，悶爐轉(zhuǎn)送風(fēng)；若同時(shí)選中所有熱風(fēng)爐自動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)全自動(dòng)，則按照設(shè)定的送風(fēng)時(shí)間自動(dòng)轉(zhuǎn)換送風(fēng)。必須注意的是，在熱風(fēng)爐處于燃燒，送風(fēng)，悶爐的確定狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)方式才能啟動(dòng)。

圖4 熱風(fēng)爐運(yùn)行圖

（3）參數(shù)設(shè)置方法。若PLC 停電，PLC 內(nèi)的程序若丟失，需要重新下載程序，下載工作須電氣專業(yè)人員進(jìn)行，沒(méi)有丟失則不須此項(xiàng)工作。但不論是否需要下載程序，都需要重新設(shè)定以下參數(shù)，否則設(shè)備無(wú)法正常工作。需要注意，PLC 停電才需要做此項(xiàng)工作，外部設(shè)備停電則不必要。

①所有調(diào)節(jié)閥的控制方式，PLC 停電將導(dǎo)致控制方式復(fù)位。若希望自動(dòng)，則必須選中自動(dòng)，希望手動(dòng)則在希望動(dòng)作該設(shè)備時(shí)選中手動(dòng)并設(shè)定開(kāi)度。PLC 停電后不選操作方式是很隱蔽和危險(xiǎn)的，因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥將保持在送電時(shí)的開(kāi)度不動(dòng)作。②所有熱風(fēng)爐煤氣調(diào)節(jié)閥的空煤比；否則自動(dòng)方式下煤氣調(diào)節(jié)閥不會(huì)開(kāi)啟。③所有助燃空氣調(diào)節(jié)閥的設(shè)定流量；否則自動(dòng)方式下助燃空氣調(diào)節(jié)閥不會(huì)開(kāi)啟。④冷風(fēng)混風(fēng)調(diào)節(jié)閥的設(shè)定溫度，否則在“溫度調(diào)節(jié)”方式下，該閥不會(huì)動(dòng)作。同時(shí)需要選中“溫度調(diào)節(jié)”或“開(kāi)度調(diào)節(jié)”方式，若選“開(kāi)度調(diào)節(jié)”，需同時(shí)設(shè)定開(kāi)度。⑤所有熱風(fēng)爐燒嘴溫度調(diào)節(jié)閥的設(shè)定溫度，否則自動(dòng)方式下該閥不動(dòng)作。若選手動(dòng)，則在動(dòng)作此閥時(shí)設(shè)定開(kāi)度。默認(rèn)選中“A 點(diǎn)調(diào)節(jié)”，若需用B 點(diǎn)，選中“B 點(diǎn)調(diào)節(jié)”。⑥供熱風(fēng)爐富氧管氧氣調(diào)節(jié)閥設(shè)定流量，否則該閥在“流量調(diào)節(jié)”方式下不會(huì)自動(dòng)跟蹤流量；若選“開(kāi)度調(diào)節(jié)”，則在動(dòng)作此閥前設(shè)定開(kāi)度。⑦助燃空氣總管壓力調(diào)節(jié)閥，在“壓力調(diào)節(jié)”方式下設(shè)定壓力，否則該閥不會(huì)開(kāi)啟；在“開(kāi)度調(diào)節(jié)”方式下，動(dòng)作此閥前設(shè)定開(kāi)度。⑧助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)入口調(diào)節(jié)閥設(shè)定開(kāi)度，并選中手動(dòng)或停止。請(qǐng)注意，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)前相應(yīng)入口調(diào)節(jié)閥需要關(guān)閉，以利延長(zhǎng)高壓風(fēng)機(jī)壽命，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，手動(dòng)設(shè)定開(kāi)度讓風(fēng)門(mén)開(kāi)到相應(yīng)開(kāi)度。⑨“送風(fēng)設(shè)定時(shí)間”以分為單位設(shè)定。否則熱風(fēng)爐全自動(dòng)無(wú)法工作。

下圖是設(shè)置熱風(fēng)爐煤氣調(diào)節(jié)閥的空煤比的窗口，其他調(diào)節(jié)閥設(shè)置窗口與此圖類似。

圖5 設(shè)置熱風(fēng)爐煤氣調(diào)節(jié)閥的空煤比的窗口

4 總結(jié)

在現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)過(guò)程中，鋼鐵是必不可少的基礎(chǔ)原料。在煉鐵高爐生產(chǎn)過(guò)程中合理使用電氣自動(dòng)化可以減少冶煉過(guò)程，同時(shí)可以為員工提供更詳細(xì)的監(jiān)控信息，以利于監(jiān)控。人員根據(jù)數(shù)據(jù)信息及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行，從而可以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。對(duì)于目前的技術(shù)方法，煉鐵高爐的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)仍有廣闊的發(fā)展前景，這就要求相關(guān)人員根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化企業(yè)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以促進(jìn)良好的發(fā)展。