西門子PLC在熱風爐系統中的應用

王福新 （天津市大象信息系統有限公司，天津 300384)

西門子PLC在熱風爐系統中的應用

王福新 （天津市大象信息系統有限公司，天津 300384)

根據某鋼廠熱風爐系統的基本工藝要求，采用西門子400系列PLC實現了熱風爐系統的自動控制，同時為過程自動化級（L2)提供及時、準確的數據，為全公司的ERP系統服務。經過半年的生產實踐檢驗，達到了原設計的各項要求，驗證了應用自動化技術是現代工業生產發展的必然方向。

熱風爐 燜爐 送風 燃燒 自動化 控制

1 引言

1 350 m3高爐是某鋼鐵公司200萬t特殊鋼產能配套的重點工程，煉鐵工藝各主要工序包括熱風爐系統均采用西門子PLC進行控制。全系統采用UPS供電，除了基礎自動化（L1)級，還設有過程自動化（L2)級，并與公司ERP相接，具備遠程監視功能。另外高爐中控室設有10塊60 in（2行×5列)DLP大屏幕組，既能監控各工序的HMI畫面，又能替代傳統的工業電視功能。

網絡設計充分考慮到煉鐵各工序重要性、安全性和操作地點設置等多因素。核心工序的自動化系統采用具有環網功能的交換機，構成光纖以太環網。其它輔助系統做為分支“掛接”在該環網上。

2 工藝概述

該鋼廠煉鐵系統共設3座旋切頂燃式熱風爐，燃燒方式是中冶京誠公司的國家級專利。采用節能的助燃空氣及煤氣雙預熱技術，以盡量節約能源、提高熱風爐送風溫度。燒爐采用低熱值高爐煤氣（該鋼廠沒有焦化工序，因此無焦爐煤氣)，工作制采用“單爐送風，兩燒一送”。當一座熱風爐出現故障等情況時，也可實現“單燒單送”。

3 系統配置

3.1 熱風爐自動化系統組成

熱風爐自動化系統由1套PLC、2臺互為備用的HMI操作站及網絡設備組成。PLC采用西門子400 H系列的冗余雙CPU作為主站，I/O分站采用西門子300系列模塊，對現場數據進行采集，各個站之間通過PROFIBUS總線連接，操作站選用研華工控機，監控軟件采用WINCC，用以實現熱風爐系統設備控制及狀態監視。熱風爐的自動化系統硬件結構見圖1。

3.2 西門子主要硬件

400系列電源：2塊;

400

以太網CP模板：2塊;

300系列電源：7塊;

IM153模塊：14塊;

DI模塊：22塊;

DO模塊：11塊;

AI模塊：16塊;

AO模塊：3塊。

圖1 熱風爐系統硬件結構

4 控制方式及主要控制功能

為方便生產操作、最大程度地滿足工藝人員要求，該控制系統共設5種操作方式：全自動、單爐自動、聯鎖手動、解鎖手動、機旁手動。

熱風爐控制主要包括：燃燒轉燜爐、燜爐轉送風、送風轉燃燒（中間經過燜爐狀態)3種轉換過程控制，以及雙預熱系統控制、高壓助燃風機系統控制、送風溫度控制、助燃空氣與高爐煤氣流量控制、休風控制、液壓站控制系統、潤滑站控制等。

該自動化系統除了能完成正常的設備及流程監視、控制外，還提供了大量的設備事故報警及生產狀態異常報警，可打印各種生產報表、故障報警等。

4.1 控制過程

4.1.1 燃燒轉燜爐

單爐處于燃燒狀態，顯示“燃燒”信號;然后由操作人員發出“燃燒轉燜爐”指令，閥門按程序依次動作：關閉煤氣調節閥、煤氣切斷閥、助燃空氣調節閥、助燃空氣切斷閥、煤氣燃燒閥;打開煤氣放散閥、氮氣吹掃閥;關閉煙道閥。此時單爐處于燜爐狀態，完成燃燒轉燜爐。

4.1.2 燜爐轉送風

單爐爐處于燜爐狀態，顯示“燜爐”信號。由操作人員發出“燜爐轉送風”指令，閥門按程序依次動作：打開充壓閥,開到中間限位延時設定時間后，再全開充壓閥;打開冷風閥、熱風閥;關閉充壓閥。此時單爐處于送風狀態，完成燜爐轉送風。

4.1.3 燃燒轉送風

單爐處于燃燒狀態，顯示燃燒信號。由操作人員發出“燃燒轉送風”指令，閥門按程序依次動作：關閉煤氣調節閥、煤氣切斷閥、助燃空氣調節閥、助燃空氣切斷閥、煤氣燃燒閥;打開煤氣放散閥、氮氣吹掃閥;關閉煙道閥;打開充壓閥,開到中間限位延時設定時間后，再全開充壓閥;打開冷風閥、熱風閥;關閉充壓閥。此時單爐處于送風狀態，完成燃燒轉送風。

4.1.4 送風轉燃燒

單爐處于送風狀態，顯示“送風”信號。由操作人員發出“送風轉燃燒”指令，閥門按程序依次動作：關閉冷風閥、熱風閥;此時熱風爐處于燜爐狀態，顯示“燜爐”信號，打開廢氣閥;當煙道閥前后壓差小于設定值時，打開煙道閥;關閉廢氣閥、氮氣吹掃閥;打開煤氣燃燒閥;關閉煤氣放散閥;打開助燃空氣切斷閥、煤氣切斷閥、煤氣調節閥和助燃空氣調節閥。此時單爐處于燃燒狀態，完成送風轉燃燒。

4.2 熱風爐休風操作

當熱風爐系統收到休風指令后，熱風爐才能執行休風操作。休風操作順序（只能手動)：關閉混風調節閥/混風切斷閥、冷風閥、熱風閥;打開廢氣閥、倒流休風閥。此時熱風爐處于燜爐狀態，倒流休風結束。操作人員解除“倒流休風”信號，熱風爐恢復正常狀態：關閉倒流休風閥、廢氣閥;打開熱風閥、冷風閥、混風切斷閥、混風調節閥。

4.3 液壓潤滑系統

熱風爐的液壓潤滑系統的主要設備包括2臺主油泵電動機、1臺循環油泵電動機;液位控制器、數字溫控板、過濾器壓差開關、電加熱器等各1個;2個電磁溢流閥等。

熱風爐液壓潤滑站的2臺主油泵可以在本地和遠程啟動停止，2臺主油泵互為備用，當系統工作壓力達到最低，且油位、油溫都滿足要求時，打開對應的溢流閥，同時起動主油泵電動機，延時3 s，關閉溢流閥。

如果主油泵啟動5 s后系統壓力仍低于設定值，停止2臺主油泵，并發出報警信號。當系統工作壓力達到最高工作壓力時，延時3 s，打開工作主油泵對應的溢流閥,主油泵卸荷，直到工作壓力低于設定的最高壓力。電加熱器可以依油溫低報警自動啟動加熱，達到工作溫度自動停止加熱。

4.4 雙預熱系統

為節能和提高送風溫度，采用了煙氣余熱回收裝置，對助燃空氣和高爐煤氣分別進行預熱?？諝鈸Q熱器與煤氣換熱器前后有電動閥門，可以本地或遠程操作，2臺換熱器側并聯旁路切斷閥，如果氣體溫度高于設定溫度，則自動打開旁路切斷閥。

4.5 助燃風機系統

助燃風機系統采用2臺高壓風機，其中1臺為備用，可以本地或遠程啟動停止。另外，機旁操作箱通過PLC系統控制。在助燃風機送風狀態下，保持風機出口切斷閥全開，使用風機風門調節閥控制風機出口壓力。

4.6 送風溫度控制

在單爐處于送風狀態下，保持冷風閥全開狀態，使用混風調節閥控制風溫。操作人員可以比較熱風目標溫度和熱風主管溫度，手動調節混風閥的開度，即調節滲入的冷風量，以實現風溫控制由工長控制。

4.7 報警

煤氣壓力降到規定值，正在燃燒的熱風爐由燃燒轉為燜爐。

助燃風機突然停止或助燃空氣壓力降到規定值，或助燃空氣切斷閥突然關閉，正在燃燒的熱風爐的燃燒閥和煤氣切斷閥自動關閉，前兩種情況亦要求同時關閉助燃空氣切斷閥。

所有熱風爐的熱風閥和混風切斷閥未全部關閉以前不允許打開倒流休風閥，倒流休風閥未全關前不允許打開混風切斷閥和熱風閥。

當熱風爐拱頂溫度到一定數值時報警，提示停止燒爐。

5 結束語

該1 350 m3高爐自動化系統裝備先進、選型檔次高、各種功能豐富、整體設計合理，代表著當今高爐煉鐵自動化的先進水平。熱風爐作為煉鐵的一道工序，其自動化系統經過半年的運行，從未出現過通訊故障、控制功能不穩定等問題，完全達到了原設計的技術要求和工藝要求，且操作非常方便，受到用戶的好評，為高爐安全穩定生產提供了可靠的保證。

[1]馬竹梧.煉鐵生產自動化技術[M].北京：冶金工業出版社，2005.

[2]劉玠.冶金過程自動化技術[M].北京：冶金工業出版社，2005.

[3]周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊[M].北京：冶金工業出版社，2008.

Application of Siemens PLC in Hot Air Stove System

Wang Fuxin

According to the basic process requirement of hot air stove system at a steel company,Siemens 400 series PLC was adopted to realize the automatic control of stove system and at the same time served ERP system for the entire company by providing timely and accurate data for process automation(L2).Half year's production practice proved that all original design requirement had been met and the adoption of automation technology is the inevitable direction for the development of modern industry production.

stove,banking,on blast,on gas,automation,control

（收稿 2011－06－16 責編 崔建華)

王福新，金屬塑性加工專業畢業，碩士研究生，主要從事冶金自動控制的實用開發工作，現任天津市大象信息系統有限公司副總經理。