王淑妍

（山東省萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部，山東 萊蕪 271104）

1 概述

江蘇某鋼廠高爐工程噴煤是2×1080m3高爐工程的一個子項目，為提高鐵產(chǎn)量、節(jié)焦降耗而開發(fā)的一個項目。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，對高爐的噴吹的是粒狀的煤，噴吹效果差，而且對煤質(zhì)的要求比較高。在該工程中，實現(xiàn)了對煤粉的噴吹，大大節(jié)約了原料的成本，并且實現(xiàn)了各個系統(tǒng)的連鎖控制，噴吹過程中罐壓、噴吹量的PID調(diào)節(jié)，也大大節(jié)約了人力，實現(xiàn)了完全的自動控制。

1.1 煙氣爐系統(tǒng)

系統(tǒng)為制粉系統(tǒng)提供干燥原煤和輸送煤粉的干燥氣，干燥氣為熱風爐廢氣與煙氣爐煙氣的混合氣體，主要采用熱風爐廢氣，不足熱量由煙氣爐煙氣補充。為了保證磨煤系統(tǒng)所需的一次風量31000-53800Nm3/h，入口溫度180-250℃的混合干燥氣。熱風爐廢氣與煙氣爐煙氣混合后，經(jīng)一臺高溫風機吸送至磨煤機用以干燥原煤和輸送煤粉。為了保證磨煤系統(tǒng)所需的一定溫度、一定流量的一次混合干燥氣，必須實現(xiàn)干燥氣流量和溫度的動態(tài)調(diào)節(jié)，使出口溫度處于規(guī)定值內(nèi)，并通過磨煤機出口溫度變化情況進一步控制和調(diào)節(jié)磨煤機入口的熱風爐廢氣調(diào)節(jié)閥的開度。

1.2 制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)主要包括給煤機系統(tǒng)、磨煤機系統(tǒng)、稀油站系統(tǒng)、布袋收塵器系統(tǒng)、主引風機系統(tǒng)、螺旋輸送機系統(tǒng)。其中給煤機可以從上位機控制，也可以從設(shè)備帶來的PC控制。

1.3 噴吹系統(tǒng)

噴吹系統(tǒng)主要是及時向高爐輸送煤粉，每座高爐都設(shè)計有兩個噴吹罐，細煤粉利用自重從煤粉倉落到噴吹罐中，并用氮氣充壓。當一個噴吹罐裝滿煤粉并充壓到壓力設(shè)定值后，即準備噴煤（作為待用罐）；當另一個正在噴吹的噴吹罐（操作罐）一旦噴空時，待用罐就與煤粉輸送管道接通，在一個短暫的過渡時間后，噴空的操作罐開始卸壓，裝煤粉和再充壓的另一個循環(huán)。通過程序控制實現(xiàn)了自動倒罐的過程，補壓自動控制，補氣自動控制，自動噴吹控制，空壓包氮壓包自動壓力控制，高溫時自動充氮降溫，故障時可實現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護。

2 系統(tǒng)配置

該控制系統(tǒng)采用WINCC畫面監(jiān)控軟件和STEP7編程軟件對所有設(shè)備進行計算機監(jiān)控和自動控制，主要實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝設(shè)備的自動/手動啟停及聯(lián)鎖保護、工藝數(shù)據(jù)的自動采集和處理、PID回路的自動調(diào)節(jié)、工藝畫面動態(tài)顯示、歷史和實時趨勢顯示紀錄、緊急停噴報警等功能。該系統(tǒng)由煙氣爐、原煤儲運、制粉、噴吹四部分組成，其中原煤儲運、煙氣爐、制粉有一套PLC系統(tǒng)，AB罐噴吹一套單獨的PLC系統(tǒng)。該工程采用西門子系列可編程控制器，西門子系統(tǒng)是具有快速處理能力的專用計算機系統(tǒng)，是模塊化、可擴展的體系結(jié)構(gòu)，是用于工業(yè)和制造過程實時控制，具有體積小、內(nèi)存大、處理速度快、組態(tài)靈活和便利用戶支持的特點，在支持新技術(shù)的同時，提高了性能價格比。運用STEP7軟件對PLC系統(tǒng)組態(tài)編程，STEP7即可以進行復雜的儀控，又可以進行常規(guī)的電氣控制。

每個控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸和現(xiàn)場設(shè)備的控制。共設(shè)在同一個個控制室，兩臺上位機，各上位機之間通過交換機互聯(lián)，其中由于原煤儲運控制室距另外的控制室較遠，為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，兩臺交換機通過光纖介質(zhì)互聯(lián)，其他上位機及PLC之間通過雙絞線互聯(lián)。高壓變頻監(jiān)控站通過MB+網(wǎng)控制變頻器的頻率。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有兩種方式可以為將來與高爐聯(lián)網(wǎng)做準備，一是交換機預留光纖口，通過光纖與高爐進行數(shù)據(jù)通訊；一是通過CPU上的MB+口進行數(shù)據(jù)通訊，為以后的高爐聯(lián)網(wǎng)打下堅實的基礎(chǔ)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明化，具有不肯比擬的優(yōu)越性。

3 控制策略

3.1 安全性

由于煤粉是易燃易爆物品，因而在煤粉的生產(chǎn)、運輸、噴吹的整個過程中，都要保證各環(huán)節(jié)的安全可靠性。主要是在全過程監(jiān)測、控制煤粉的溫度和粉塵中氧含量，在開、停機時進行消防充氮。

3.2 參數(shù)控制強調(diào)重點

從經(jīng)濟性和實用性出發(fā)，參數(shù)量控制只要抓住幾個關(guān)鍵點即可。一是控制磨煤機的給煤量和入磨一次風量使風煤比協(xié)調(diào)，二是根據(jù)高爐生產(chǎn)要求控制噴吹率。

3.3 邏輯聯(lián)鎖簡繁適度

若邏輯聯(lián)鎖比較復雜的話，實際運行中因電氣接點的故障而影響系統(tǒng)自動運行的概率增大，尤其是因瞬間干擾而停機。因此要根據(jù)實際情況使邏輯聯(lián)鎖能簡而不繁。

3.4 注意系統(tǒng)的易操作性和易維護性

制粉和噴吹的操作分別在各自的操作站上進行，操作畫面豐富、易操作，對引起停機的故障進行跟蹤記憶，在畫面上顯示，以便迅速排查處理。

4 控制調(diào)節(jié)

4.1 過程參數(shù)的調(diào)節(jié)

圖1 自動程序框圖

生產(chǎn)過程中重要的參數(shù)均能隨時進行調(diào)節(jié)，通過PID回路控制，使之維持在設(shè)定值左右，所有的PID回路都可以進行PV跟蹤，無擾動切換。所有進行監(jiān)視和調(diào)節(jié)的參數(shù)，我們均可在工藝畫面中顯示出來，使操作人員易于觀察和調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)回路有三種工作方式：自動，半自動，手動。自動：由PLC自動調(diào)節(jié)閥門開度。半自動：由操作人員直接在畫面上調(diào)節(jié)閥門開度。手動：由操作人員用手操器操作閥門開度，畫面上跟蹤此閥門開度

4.2 噴吹罐罐壓自動調(diào)節(jié)

為了保證噴吹量的穩(wěn)定，須保持噴吹罐內(nèi)壓力的穩(wěn)定。通過調(diào)節(jié)補壓調(diào)節(jié)閥的開度可保持罐壓在設(shè)定值。該調(diào)節(jié)可完全由PLC根據(jù)設(shè)定值，反饋值進行PID運算后輸出調(diào)節(jié)值。

4.3 噴吹量自動控制

在一定的噴吹壓力下穩(wěn)定流化氮氣量，壓縮空氣補氣量的變化改變輸煤阻力和固氣比，此功能只需人工設(shè)定噴吹率設(shè)定值和罐壓，噴吹率調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)補氣調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，補氣調(diào)節(jié)閥根據(jù)采樣數(shù)據(jù)，將設(shè)定噴吹率與實際噴吹率相比較，當設(shè)定值〉實際值時，將閥位開大，當設(shè)定值〈實際值時，將閥位開小。為了提高噴吹率，在工藝上采用了流化罐裝置，這對于控制噴吹率是有幫助的。自動控制程序框圖如圖1。

4.4 自動倒罐

為保障高爐噴吹制粉的連續(xù)進行，每座高爐用兩個噴吹罐，當一個罐噴吹制粉時，另一個罐做準備工作待用，兩罐的工作轉(zhuǎn)換自動進行。

5 生產(chǎn)后的效果

該系統(tǒng)已經(jīng)進行了近一年的使用，降低了對原料的要求，從而降低了生產(chǎn)的成本。在生產(chǎn)過程中增加了自動控制的集成程度，實現(xiàn)了自動加壓、卸壓、噴吹和倒罐的控制，提高了該生產(chǎn)階段產(chǎn)品的配比精度，達到了預期的效果。

[1]張曉東.《冶金自動化》[N]，2002（01）.