煉鐵高爐電氣自動(dòng)化系統(tǒng)基本配置及其功能和優(yōu)點(diǎn)分析

張 毅

（承德鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 承德 067000）

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)鋼鐵行業(yè)的需求量也不斷增大，尤其是汽車(chē)制造、航天等高精尖行業(yè)的需求，為鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量和性能等都提出了嚴(yán)苛要求。在鋼鐵企業(yè)中，高爐冶煉生產(chǎn)環(huán)節(jié)是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著產(chǎn)品的性能、抗拉強(qiáng)度等。于是對(duì)于鋼鐵企業(yè)來(lái)講，做好高爐冶煉環(huán)節(jié)至關(guān)重要，煉鐵高爐電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，有效地提升了冶煉的質(zhì)量。因此對(duì)于鋼鐵企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，掌握煉鐵高爐電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，能更好地維護(hù)高爐生產(chǎn)，助力高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 相關(guān)概述

1.1 高爐工藝簡(jiǎn)介

高爐可以將鐵礦石專(zhuān)業(yè)進(jìn)行混合反應(yīng)，生產(chǎn)鑄鐵和其它的產(chǎn)物。高爐煉鐵中它的主料是從上到下，而煤氣是從下到上進(jìn)行反應(yīng)的，它整個(gè)實(shí)際生產(chǎn)是一個(gè)比較連續(xù)的過(guò)程。需要將熱風(fēng)爐的實(shí)際溫度加熱到1000攝氏度之上。爐料內(nèi)的焦炭才能夠進(jìn)行燃燒，最終會(huì)生成高溫的還原性氣體并且不斷加熱，倒入料汁中，再成為鐵礦石球團(tuán)，最終變成鐵。

1.2 煉鐵高爐應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制優(yōu)點(diǎn)

在過(guò)去的煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中，高爐實(shí)際生產(chǎn)時(shí)有不同的管理部門(mén)，對(duì)高爐生產(chǎn)進(jìn)行管控，但無(wú)法做出合理的分析，這給整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃的制定和管理工作帶來(lái)了極大困難。電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用后，可自動(dòng)對(duì)高爐冶煉過(guò)程中的參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和在線監(jiān)控，提升冶煉效率外，還有效地降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。隨著鋼鐵企業(yè)智能化進(jìn)程的加快，越來(lái)越重視在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)它的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行不斷地研究，提高其穩(wěn)定性和功能性，在高爐生產(chǎn)控制過(guò)程中發(fā)揮更好的效果。

2 煉鐵高爐電氣自動(dòng)化系統(tǒng)基本配置

在煉鐵高爐內(nèi)部系統(tǒng)中，利用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，可以對(duì)整個(gè)煉鐵過(guò)程做出全方位的檢測(cè)，提升高爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。在實(shí)際配置過(guò)程中，相關(guān)工作人員利用網(wǎng)絡(luò)分層的結(jié)構(gòu)，將不同的系統(tǒng)進(jìn)行很好的連接，利用網(wǎng)絡(luò)將PLC的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸利用，主控電腦讓整個(gè)系統(tǒng)做到平面化監(jiān)測(cè)。在對(duì)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要考慮到實(shí)際因素，不同的系統(tǒng)進(jìn)行不一樣的配置。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如果某個(gè)部分出現(xiàn)了問(wèn)題，可以及時(shí)進(jìn)行代替，盡可能的將存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)解決。

3 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

3.1 模塊介紹

（1）CPU。在煉鐵高爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，PLC控制器主要應(yīng)用于系統(tǒng)主機(jī)，對(duì)整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程等有效控制。目前在用的是西門(mén)子417-4H CPU，通過(guò)在主機(jī)架底板上安裝CPU，內(nèi)部設(shè)置可讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。也可采用內(nèi)存卡增設(shè)方式，從而擴(kuò)大存儲(chǔ)器內(nèi)存。在該存儲(chǔ)器的執(zhí)行程序內(nèi)能夠執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、耦合等幾大功能?？梢暂敵鲩_(kāi)關(guān)量與模擬量，從而有效控制煉鐵高爐各類(lèi)電動(dòng)機(jī)。

（2）I/O模塊。該P(yáng)LC控制器包括開(kāi)關(guān)量、模擬量?jī)纱筝斎胼敵瞿K，分別作為信息的采集、控制處理模塊。由該模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行及檢測(cè)狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，經(jīng)主機(jī)架CPU分析運(yùn)算可得到電平信號(hào)，最終將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)為控制信號(hào)傳輸至應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)機(jī)、變頻器中。在背板安裝所有的開(kāi)關(guān)量、模擬量的輸入與輸出，所有I/O模塊均可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化軟件配置。

（3）SM背板總線模塊。該P(yáng)LC控制器在導(dǎo)軌上加上SM背板總線模塊，這樣就實(shí)現(xiàn)了模塊的熱插拔，拔下模塊后不會(huì)影響后面的I/O模塊的背板總線通訊，方便模塊故障的處理。

3.2 PLC編程模塊

在煉鐵高爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，西門(mén)子PCS7 9.0是主要的編程軟件。PCS7由STEP 7、WinCC、圖形編程語(yǔ)言CFC和SFC、結(jié)構(gòu)編程語(yǔ)言SCL、PDM組成。

4 功能

4.1 分析自動(dòng)化系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要功能是有效的檢測(cè)高爐內(nèi)原料反應(yīng)狀況，確保煉鐵高爐在實(shí)際冶煉時(shí)具有一定的安全性、穩(wěn)固性，確保爐體的安全。自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效的保障現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全。煉鐵高爐中的檢測(cè)設(shè)備主要應(yīng)用在冶煉生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)所有參數(shù)進(jìn)行有效的整理和收集。自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括監(jiān)測(cè)儀表、信息收集模塊等。其中自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制端設(shè)備能夠有效的以高爐冶煉的方式呈現(xiàn)出實(shí)際冶煉過(guò)程中爐體壓力等相關(guān)參數(shù)，與此同時(shí)可以查詢(xún)以前的參數(shù)通過(guò)趨勢(shì)圖的方式呈現(xiàn)出來(lái)。操作人員能夠利用手動(dòng)方式對(duì)電腦畫(huà)面進(jìn)行相關(guān)的操作，利用開(kāi)關(guān)有效的控制實(shí)際冶煉過(guò)程中的各個(gè)閥門(mén)以及設(shè)備，從而能夠有效的調(diào)節(jié)高爐運(yùn)行情況，確保冶煉正常開(kāi)展。

4.2 自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

在具體的應(yīng)用過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)主要的數(shù)據(jù)作出詳細(xì)分析，按照具體的情況選擇利用科學(xué)合理的方式進(jìn)行解決。整個(gè)系統(tǒng)中不僅可以對(duì)高爐的實(shí)際運(yùn)行狀況做出監(jiān)控，還能夠?qū)λ脑O(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的更加安全。除此之外，不同的設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)之間可以相互連接，能夠?qū)Σ煌臄?shù)據(jù)，進(jìn)行詳細(xì)的傳輸，可以使設(shè)備發(fā)生故障的概率降到最低。

4.3 分析自動(dòng)熱風(fēng)爐系統(tǒng)

高爐冶煉過(guò)程中，熱風(fēng)爐系統(tǒng)是自動(dòng)系統(tǒng)中重要的組成部分，冶煉過(guò)程中熱風(fēng)爐至少要使用三座，部分高爐現(xiàn)使用用四座，操作步驟是“燃燒、換爐、送風(fēng)”。在冶煉實(shí)際工作中，工作人員要有高度負(fù)責(zé)的態(tài)度，首先預(yù)熱冷風(fēng)，從而最大程度的確保熱風(fēng)能夠持續(xù)的運(yùn)送到熱風(fēng)爐里，保證煉鐵高爐自動(dòng)化系統(tǒng)的有效應(yīng)用。此外，預(yù)熱冷風(fēng)的過(guò)程中，熱風(fēng)爐根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定，如人工操作、自動(dòng)化控制等。使用全自動(dòng)化熱風(fēng)爐可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單一熱風(fēng)爐開(kāi)展設(shè)定工作，相關(guān)的人員利用設(shè)定廢氣的溫度以及熱風(fēng)爐拱頂溫度，從而對(duì)冶煉燒爐整個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效把控。此外，自動(dòng)熱風(fēng)爐系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以有效查找以前的數(shù)據(jù)信息，有助于提高工作人員對(duì)數(shù)據(jù)信息分析的合理性、準(zhǔn)確性，并達(dá)到節(jié)能減排的目的，為鋼鐵企業(yè)帶來(lái)更大的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4.4 煤氣凈化控制系統(tǒng)

在高爐的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生很多的灰塵和廢氣，如果灰塵堆積過(guò)多的話，就會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。所以一定要對(duì)高爐煤氣設(shè)備中的灰塵和積粉進(jìn)行及時(shí)清理，確保整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。控制系統(tǒng)的基本原理，需要利用不同的重力將煤氣中的粉塵進(jìn)行分離，進(jìn)而達(dá)到煤氣完全凈化的目的。需要關(guān)注的是一定要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的清理，防止因?yàn)榛覊m過(guò)多導(dǎo)致除塵效果降低。與此同時(shí)，還需要注意在煤氣凈化的過(guò)程中，所使用到的系統(tǒng)必須具備自動(dòng)控制、單獨(dú)控制等功能，這樣才能夠保證除塵的效果達(dá)到最佳。

4.5 高爐爐頂供料系統(tǒng)

2500M3高爐供料系統(tǒng)目前主要是采用皮帶上料方式，由高壓電機(jī)直接啟動(dòng)控制。對(duì)于爐頂?shù)钠Э刂品矫嬷饕髣蛩俜€(wěn)定的運(yùn)行，為了確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，在皮帶傳動(dòng)電機(jī)方面，主要采用“3使1備”或“1使1備”的模式，單生產(chǎn)中單臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題后，可機(jī)械人員更換傳動(dòng)鏈條后由操作員在操作畫(huà)面上直接切換備用電機(jī)就可以恢復(fù)皮帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)，大大縮短了皮帶電機(jī)故障的處理時(shí)間。除此之外，在爐頂供料系統(tǒng)中可以利用相關(guān)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提升系統(tǒng)的可靠性，維護(hù)起來(lái)也更加容易。

4.6 高爐傳動(dòng)控制系統(tǒng)

在高爐實(shí)際傳動(dòng)控制過(guò)程中，主要是高壓變頻傳動(dòng)和低壓變頻傳動(dòng)。低壓傳動(dòng)方面主要包括探尺、傾動(dòng)、旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)等。整個(gè)交流調(diào)速控制技術(shù)需要不斷的進(jìn)行完善，在交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)方面，它相對(duì)比較簡(jiǎn)單而且維護(hù)量小，在當(dāng)前傳動(dòng)系統(tǒng)一般都會(huì)利用交流調(diào)速系統(tǒng)。為了讓整個(gè)高爐傳動(dòng)控制變得更加安全可靠，將存在的故障降到最低，需要不斷的對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

5 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法

電氣自動(dòng)化操控設(shè)備基本上都是電子設(shè)備，整個(gè)設(shè)備本身設(shè)計(jì)的相對(duì)比較縝密，不僅如此，它對(duì)于具體的環(huán)境也有非常高的要求，然而因?yàn)檎麄€(gè)煉鐵高爐實(shí)際溫度比較高，所以在外部水渣含硫蒸氣，具備的腐蝕性也較大，這就使得整個(gè)電子設(shè)備在惡劣環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，很容易讓相關(guān)操作系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障。為了確保整個(gè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在實(shí)際工作過(guò)程中的安全性，就需要對(duì)其進(jìn)行高度重視，要對(duì)其進(jìn)行檢查。除此之外，需要在繼電器或者限位器的位置做出監(jiān)控，這樣相關(guān)工作人員就能夠更快的發(fā)現(xiàn)所存在的故障，通過(guò)利用相關(guān)技術(shù)手段能夠確保操作系統(tǒng)正常運(yùn)行，工作人員的人身安全也會(huì)得到保障。

6 煉鐵高爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)升級(jí)方向

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用也進(jìn)行了不斷升級(jí)。智能化模式的不斷應(yīng)用是當(dāng)前自動(dòng)化控制系統(tǒng)的趨勢(shì)，通過(guò)利用互聯(lián)網(wǎng)和終端技術(shù)，能夠?qū)掕F高爐做出全方面的監(jiān)測(cè)和控制。以5G為代表的通信技術(shù)，與自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)合，推動(dòng)整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能更加精準(zhǔn)和全面，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控，生產(chǎn)過(guò)程更加智能化。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煉鐵高爐電氣自動(dòng)化系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)的發(fā)展過(guò)程中起著中觀重要的作用，在企業(yè)智能化生產(chǎn)、節(jié)能降耗、產(chǎn)品質(zhì)量提升等方面都發(fā)揮著不可替代的作用。因此對(duì)于鋼鐵企業(yè)的電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，需要加大相關(guān)技術(shù)的研究力度，充分挖掘其潛能，推動(dòng)鋼鐵企業(yè)的高爐生產(chǎn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。