高爐煉鐵電氣自動化控制系統(tǒng)研究

曹建東，呂紅芝

（山東魯冶瑞寶電氣自動化有限公司，山東 濟南 250010）

近幾年，我國科技和經(jīng)濟的快速發(fā)展，推動了很多行業(yè)的發(fā)展，其中就包括鋼鐵行業(yè)。目前，我國對鋼鐵的需求量極大，航空航天業(yè)、建筑行業(yè)、汽車行業(yè)等多個領(lǐng)域都離不開鋼鐵，隨著進一步的發(fā)展，人們對鋼鐵的質(zhì)量也提出了更高的要求，因此，加大對提鋼鐵質(zhì)量的管理非常必要。高爐是冶金行業(yè)中的核心設(shè)備，高爐煉鐵也是冶金行業(yè)中的關(guān)鍵步驟，直接決定了鋼鐵的韌性和硬度，對鋼鐵質(zhì)量的影響非常大。為了能夠有效利用資源，生產(chǎn)處更多高質(zhì)量的鋼鐵，同時也為了加快生產(chǎn)效率，電氣自動化控制系統(tǒng)開始在高爐煉鐵中應(yīng)用。

1 高爐煉鐵電氣自動化控制系統(tǒng)

高爐煉鐵自動控制系統(tǒng)通常是采用開放式的結(jié)構(gòu)，高爐電氣自動化控制系統(tǒng)最核心的要求還是安全性和穩(wěn)定性，這樣才能保障生產(chǎn)安全、滿足生產(chǎn)需要[1]。高爐煉鐵電氣自動化控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點是比較分散，能夠減少對電纜的使用量，更加方便技術(shù)人員對故障的維修處理，同時也降低了企業(yè)成本。在電氣自動化控制系統(tǒng)中，把主站和分支用網(wǎng)線進行連接，但是因為每個小系統(tǒng)優(yōu)勢相對獨立的，所以在實際操作中會浪費較多的時間。為了避免這一問題的出現(xiàn)，一般會通過PLC系統(tǒng)建立一個操作基站，就能夠有效解決這一問題，實現(xiàn)對各獨立系統(tǒng)的統(tǒng)一控制。而控制站中LK系統(tǒng)的運用，有增加了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，使系統(tǒng)運轉(zhuǎn)效率最大化。

該系統(tǒng)利用PLC作為基礎(chǔ)站，使用PLC對各個操作系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、邏輯系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進行有效控制，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)和參數(shù)的控制、搜集、處理，工作人員在實際工作中可以根據(jù)CRT上的實施畫面對車間生產(chǎn)狀況進行檢測，然后對生產(chǎn)過程進行有效干預(yù)，保證生產(chǎn)的順利進行。同時利用CRT系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的編程、操作、監(jiān)視和傳輸，保證生產(chǎn)的安全性、可靠性和準(zhǔn)確性。電氣自動化控制系統(tǒng)如圖1。

圖1 自動化控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2 高爐煉鐵本體控制系統(tǒng)

高爐煉鐵電器自動化控制系統(tǒng)由控制基站和操作基站兩部分共同組成，在實際生產(chǎn)中，工作人員通過控制基站的儀表檢測元件實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和參數(shù)進行檢測和控制。在檢測時一般包括高爐生產(chǎn)過程、高爐運行檢測、高爐自身以及工作人員安全等。由檢測儀表、信號處理、基礎(chǔ)控制模板和計算機構(gòu)成的高爐控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對高爐參數(shù)和生產(chǎn)過程進行協(xié)調(diào)和控制，同時也能對高爐自身的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，保證高爐的安全性和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)也可以根據(jù)提前設(shè)置的相關(guān)參數(shù)和生產(chǎn)實際情況對溫度、壓力和流量進行自動化調(diào)整，保證生產(chǎn)安全。

3 高爐煉鐵電氣自動化控制系統(tǒng)組成

（1）自動化系統(tǒng)

高爐煉鐵的電氣自動化控制系統(tǒng)在實際操作中，通過計算機和相關(guān)的監(jiān)測軟件實現(xiàn)對信息收集模塊、儀表、信號解碼器的控制，從而達(dá)到對高爐煉鐵中的溫度、壓力、流量等參數(shù)的計算和分析，保障高爐煉鐵的安全性[2]。通常情況下，高爐煉鐵是由電氣、計算機和儀表等系統(tǒng)共同配合實現(xiàn)對設(shè)備的一體化控制，并且對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視、集中控制和操作，PLC系統(tǒng)和繼電器作為輔助系統(tǒng)，也可以實現(xiàn)對高爐的操作和監(jiān)視。工作人員在操作時，只需要根據(jù)PLC畫面對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視，根據(jù)畫面?zhèn)鬏數(shù)慕Y(jié)果對參數(shù)和操作進行調(diào)整就能完成控制過程。當(dāng)高爐煉鐵在生產(chǎn)中出現(xiàn)故障時，也可以根據(jù)換面?zhèn)鬏敿皶r發(fā)現(xiàn)，并立即做出應(yīng)對措施，保證高爐煉鐵換工作的順利進行，同時也保障了高爐自身安全和現(xiàn)場工作人員的安全。

（2）自動熱風(fēng)爐系統(tǒng)

高爐煉鐵的基本流程為燃燒、換爐和送風(fēng)，所以在進行高爐煉鐵工作時，為了保證生產(chǎn)的效率，通常會配備3臺及以上的熱風(fēng)爐。熱風(fēng)爐需要把冷風(fēng)加熱，然后不斷的供應(yīng)給高爐，加快生產(chǎn)的效率。熱風(fēng)爐又包括全自動熱風(fēng)爐、半自動熱風(fēng)爐和手動熱風(fēng)爐。全自動熱風(fēng)爐的優(yōu)點更加明顯，沒有復(fù)雜的操作，也不浪費很多時間對現(xiàn)場進行啟動和管理。只要在操作前將自動熱風(fēng)爐的參數(shù)調(diào)制好，就能夠根據(jù)參數(shù)調(diào)整好爐頂?shù)臏囟?、氣體溫度、空氣流量和內(nèi)氣在燃燒過程中的變化，并將數(shù)據(jù)記錄，工作人員只需要結(jié)合實際情況對數(shù)據(jù)進行分析便可做參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整。

（3）高爐頂供料系統(tǒng)

高爐爐頂一般使用380V工業(yè)交流電壓下，功率為250KW的上料卷揚電機，6.5KW的布料傾動電機，11KW的布料旋轉(zhuǎn)電機，5.5KW的探尺電機[3]。10000V的工業(yè)交流電壓下，315KW的礦槽除塵設(shè)備。為了保證高爐煉鐵作業(yè)中的穩(wěn)定性，爐頂上料時一般都采用更加安全可靠的交流—直流—交流的變頻調(diào)速器對電流進行控制。同時，還會再增加一個同容量變頻器和切換柜，這樣能夠?qū)ο嚓P(guān)參數(shù)進行快速切換，讓設(shè)備在第一時間啟動，進入工作狀態(tài)。在操作時要確保各供料系統(tǒng)連接良好，采用CRT對各個系統(tǒng)進行獨立控制，提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。

（4）煤氣凈化控制系統(tǒng)

在高爐煉鐵生產(chǎn)中，往往會需要使用很多煤氣，而高爐煤氣設(shè)備的長期使用不僅會導(dǎo)致污染和積塵，還會給相關(guān)設(shè)備帶來影響，增加了設(shè)備故障的幾率，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。所以在實際生產(chǎn)中，為了保證高爐連體的效率，工作人員必須定期對高爐煤氣設(shè)備內(nèi)的粉塵和雜質(zhì)進行及時清理，保證設(shè)備的干凈和清潔，使設(shè)備能夠有效運轉(zhuǎn)。個自動化控制系統(tǒng)中的煤氣凈化控制采用重力，過濾或者分立掉煤氣中的粉塵和雜質(zhì)，確保煤氣的質(zhì)量，同時壓減小了機器因為雜質(zhì)污染造成故障的幾率。但是因為該系統(tǒng)并不能完全將所有雜質(zhì)都過濾掉，所以還是必須要定期打開閥門進行清理。在進行清理時，因為該系統(tǒng)有自動控制功能和獨立控制功能，可以根據(jù)實際需要選擇定時清理和的手動清理兩種方式。

（5）高爐監(jiān)控系統(tǒng)

要想保證對高爐煉鐵整個身產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行詳細(xì)記錄，同時保證高爐運行狀態(tài)的良好，就必須設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)。自動監(jiān)控系統(tǒng)是利用監(jiān)控模塊、計算機和相關(guān)軟件對高爐運轉(zhuǎn)情況和其他設(shè)備進行有效監(jiān)控，掌握設(shè)備的狀態(tài)和實際情況，使整個系統(tǒng)的安全性得到保障，也能夠提高企業(yè)的生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。

4 電氣自動化對高爐煉鐵的影響

傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)模式不能夠?qū)ιa(chǎn)進行精細(xì)化管理，生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)質(zhì)量也得不到有效保障，嚴(yán)重制約了企業(yè)的進一步發(fā)展。而且因為無法對高爐煉鐵的狀態(tài)和實際生產(chǎn)情況實施監(jiān)視，導(dǎo)致無法獲得現(xiàn)場最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和參數(shù)，也無法及時作出調(diào)整。電氣自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理，也實現(xiàn)了對各個系統(tǒng)和生產(chǎn)部過程的實時監(jiān)視，避免了設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性，即使出現(xiàn)了故障也能根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)進行分析，找出問題所在，快速采取有效的措施。實施電氣自動化控制系統(tǒng)還控制了人工成本，提高了時間的利用率，保證生產(chǎn)效率的最大化，對產(chǎn)品效率、產(chǎn)品質(zhì)量等都起到了重要影響。

5 電氣自動化控制系統(tǒng)常見的問題

電氣自動化控制系統(tǒng)因為自身集成化、自動化等優(yōu)勢，一直廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，但是應(yīng)用在高爐煉鐵中，目前還存在一些問題尚待解決。電氣自動化控制系統(tǒng)很多構(gòu)件都是電子設(shè)備，所以對環(huán)境的要求相當(dāng)高，但是高爐煉鐵不具備相應(yīng)的條件。高爐煉鐵產(chǎn)生的高溫會對設(shè)備有嚴(yán)重的破壞，同時煤氣燃燒后產(chǎn)生的蒸汽中含有大量的二氧化硫，這種蒸汽具有強烈的腐蝕性，對電子設(shè)備造成腐蝕，導(dǎo)致設(shè)備出故障無法正常運轉(zhuǎn)。

所以為了避免高爐煉鐵對電氣自動化控制設(shè)備造成故障，導(dǎo)致對工人造成不必要的傷害，相應(yīng)的技術(shù)人員應(yīng)該定期對設(shè)備和故障易發(fā)環(huán)節(jié)進行檢查和維護，及時發(fā)現(xiàn)故障，并有效解決，保障高爐煉鐵的順利進行。

6 高爐煉鐵電氣自動化控制系統(tǒng)發(fā)展方向

目前，在信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提下，電子自動化控制系統(tǒng)也應(yīng)該加快轉(zhuǎn)型，利用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)朝著智能化模式發(fā)展。在信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的前提下，利用互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制終端、軟件和相關(guān)的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)對高爐煉鐵的遠(yuǎn)程操控和智能化生產(chǎn)。同時，緊跟時代發(fā)展的腳步，將網(wǎng)絡(luò)終端、自動操控系統(tǒng)和智能化操控有效結(jié)合，讓操作步驟更加快捷和簡單，還能夠進一步保證高爐煉鐵生產(chǎn)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。使高爐煉鐵生產(chǎn)逐漸向智能化生產(chǎn)、無人化操控轉(zhuǎn)變，提升鋼鐵生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，也進一步提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，促進企業(yè)未來長遠(yuǎn)發(fā)展。

現(xiàn)在各個領(lǐng)域都已經(jīng)離不開鋼鐵，大到航空航天、船舶制造和武器彈藥，小到汽車、建筑，甚至是鍋碗瓢盆。鋼鐵作為生活和生產(chǎn)必不可少的材料，必須要把好質(zhì)量大關(guān)，使其對經(jīng)濟和社會的發(fā)展做出更重要的貢獻。電氣自動化控制系統(tǒng)可以通過升級，為工作人員提供更詳細(xì)的數(shù)據(jù)和更加仔細(xì)的鑒別，讓工作人員可以及時根據(jù)數(shù)據(jù)對生產(chǎn)參數(shù)進行調(diào)整，保障生產(chǎn)的質(zhì)量。就目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電氣自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來判斷，高爐煉鐵會有非常好的前景，能夠?qū)崿F(xiàn)高爐煉鐵的智能化、自動化和信息化，為企業(yè)的進一步發(fā)展打下基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

高爐煉鐵通過引入電氣自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)了鋼鐵生產(chǎn)的自動化，減少了人工成本，增加了生產(chǎn)質(zhì)量和效率，降低了產(chǎn)能損耗，促進企業(yè)進一步發(fā)展。但是要注意對設(shè)備的檢查和維護，才能減小故障的發(fā)生，保障大家的安全，同時也保證設(shè)備的順利生產(chǎn)，為企業(yè)帶來更多經(jīng)濟效益。