1280m3高爐控制系統研究與應用

徐震

（萊蕪鋼鐵集團自動化部，山東 萊蕪 271104）

前言

20 世紀50年代末期電子計算機開始應用于高爐生產。當時僅作為過程解析之用。20世紀60年代初期，用計算機對高爐進行局部控制，擴大了應用范圍。在此期間，高爐由程序控制（上料系統）、儀表控制（熱風系統），逐步向計算機控制過渡。1975年世界上已有近半數的高爐采用計算機控制。

高爐本體自動控制主要擔負爐身、爐底、爐頂、氣密箱、溜槽、冷卻水、氮氣、蒸汽、氧氣等各測點的數據監控,以及爐頂壓力調節閥組、灑水切斷閥、氧氣切斷閥、氮氣進氣管切斷閥、密蒸汽電磁閥、混風溫度調節閥等的自動手動控制。高爐本體及爐頂控制系統由4個機架組成，其中兩個冗余配置主機架，兩個遠程機架。由于每個機架有I/O字數的限制以保證數據采集的快速性、實時性，I/O模塊分布于2個遠程機架中，機架之間通過S908協議通訊。PLC通過以太網模塊，經過交換機，采用TCP/IP協議連接到高爐區的局域網上，在高爐值班室設四臺監控站，監視本體、爐頂工藝和設備狀態。

本文研究并開發了高爐爐頂控制系統，經過長時間運行實踐，表明該系統運行穩定，為企業創造了良好效益。

1 控制策略

煉鐵生產過程是在高爐內進行的一系列氧化還原反應。爐料從爐頂進入高爐，冷風經過加熱形成高溫熱風后進入高爐，隨著氣流自下往上運動。爐料由上往下運動。相互接觸發生氧化還原反應，最后在爐子內形成生鐵，同時形成爐渣。高爐煉鐵較其他部門需要更復雜的數學模型，目前計算機控制主要用于各種數據的收集、分析、記錄，爐料的稱量、校正、裝卸、運輸，控制熱平衡，穩定爐況等。比較成熟的是用于熱風爐系統和裝料系統的自動控制。高爐自動化控制主要是保證配料正確并裝入爐內，使爐料均勻下降，并控制爐料與氣體良好接觸，保證高爐整體處于正確的熱狀態。

1.1 信號處理方式

(1)開關量輸入信號采用直接輸入，對不穩定或保持時間較短的信號加以處理，保持信號的可靠性。(2)對于模擬量輸入，在程序中必須具有調整參數功能，以達到與現場值相吻合。(3)對于不同的爐頂工藝，保證工作制度切換時，設備能夠正常工作。

1.2 手/自動關系

(1)本系統有自動、手動兩種模式。(2)在開爐或調試重新啟動PLC時，對系統進行初始化.。

2.爐頂設備控制流程

2.1 裝料流程

料車將原料運到爐頂并倒入受料斗中（最多裝四車）。料罐經過放散，然后打開上密閥和柱塞閥并向料罐填裝原料。裝料完成后料罐進行均壓。收料斗準備接受下一批原料時就進行布料，先打開下密閥并將調節閥打開。通過射線檢測料罐清空并發出信號后，關閉料流調節閥、下密封閥以及放散閥進行放散，準備下一次裝料。

2.2 布料流程

一批料中，焦礦可設定兩個不同的料線位置。當探尺達到規定的料線位置后，自動提升到位，發出布料信號，下密封閥打開，布料溜槽進行啟動。β角旋轉到設定速度并且到達布料位置，開啟料流調節閥，按照批重及規定的布料程序，調節料流調節閥開度和流槽傾角，使每圈料流均勻、重量相等和首尾相接的向爐喉任意布料。

3 控制功能

3.1 溜槽的旋轉驅動

溜槽的旋轉由交流電機驅動。在齒輪箱上有位置傳感器，檢測溜槽的旋轉位置。在自動模式下，溜槽不停的旋轉，如果溜槽的傾角位置達到了上限或下限，或者探尺在爐內時溜槽傾角大于45度，溜槽要立即停止旋轉并報警。在電子位置傳感器上設定一個觸點，指示溜槽的拆卸位置。自動模式下，每一次料罐卸料的起始位置可根據位置傳感器的設備設定，卸料的起始位置由操作員在爐頂布料料單中填寫。

3.2 料流調節閥控制

料流調節閥的打開和定位是由液壓驅動的。通過電磁閥控制液壓缸，料流調節閥的開度由一個線性位置變送器檢測。設定2個極限開關用來檢測料流調節閥的位置。PLC根據爐布料代號設定料流調節閥開始布料，當接收到料罐清空信號，關閉調節閥。

3.3 上料閘控制

上料閘由液壓缸啟動，其打開和閉合位置由2個極限開關檢測。同時設計備用電磁閥臺。在自動模式下，PLC按照無料鐘爐頂的順序控制上料閘，如果料罐發出申請裝料信號且上密已經打開且受料斗內有料，則上料閘打開。延時一定時間后關閉，爐料裝入料罐中，這時受料罐發允許料車上行信號。

3.4 均壓系統

均壓閥和放散閥液壓缸啟動，其打開和閉合位置由2個極限開關檢測。在自動模式下，PLC按照無料鐘爐頂的順序控制均壓閥和放散閥。當料罐發出申請裝料信號后，打開放散閥進行放散，上密封閥關閉后關閉放散閥。在放散過程中，打開放散閥并料罐內壓力等于大氣壓力，則認為放散好。

4 控制功能

4.1 爐頂壓力減壓閥組調節閥控制

爐頂壓力分高壓狀態和低壓狀態兩種操作方式。（1）爐頂低壓狀態操作：當操作員在計算機畫面上選擇爐頂低壓狀態操作按扭時，自動控制方式將被切斷，調壓閥保持當前位置且轉換到手動控制（M），操作員可通過計算機畫面手動控制調壓閥組各閥門的開度。（2）爐頂高壓狀態操作：當操作員在計算機畫面上選擇爐頂高壓狀態操作按扭時，計算機則根據程序自動選擇高量程的變送器的數值作為爐頂壓力的測量PV。

4.2 氧氣總管流量調節控制

當選擇手動操作方式時，操作員可通過計算機畫面，參照畫面顯示的氧氣流量值，根據生產需要手動控制閥門的開度，調節氧氣流量的大小。

4.3 混風溫度調節控制

操作員通過計算機畫面，參照畫面顯示的混風溫度值，根據生產需要手動控制混風閥門的開度，調節混風溫度。

4.4 氮氣總管壓力調節控制

當選擇手動操作方式時，操作員可通過計算機畫面上的手操作器，根據電腦顯示的現場氮氣總管壓力，手動控制閥門調節氮氣總管壓力。在自動模式下，操作者在電腦顯示畫面上輸入氮氣總管壓力的給定值SP，計算機則根據氮氣總管壓力，自動控制閥門的開度，保持氮氣總管壓力穩定在給定值的范圍之內。

結語

本文介紹了1280m3高爐的控制工藝，研發了高爐爐頂控制系統，經過長時間運行實踐，表明該系統運行穩定，保證了生產的順利進行，為企業創造了良好效益。

[1]王徐鵬.馬鋼新區高爐控制系統的組成與控制原理，安徽冶金[J].2011，(3):23-25.

[2]陳志虎.TRT裝置對高爐爐頂壓力的影響和控制，控制工程[J].2009，(3):22-26.