天鐵6號高爐上料控制系統(tǒng)程序設計與應用

季忠鳳

（天津天鐵冶金集團第二煉鐵廠，河北涉縣 056404）

天鐵6號高爐上料控制系統(tǒng)程序設計與應用

季忠鳳

（天津天鐵冶金集團第二煉鐵廠，河北涉縣 056404）

敘述了天鐵6號高爐上料控制系統(tǒng)程序設計與應用過程。通過對高爐上料系統(tǒng)的研究分析，設計出能夠準確控制上料系統(tǒng)的自動控制程序。經(jīng)過實際應用節(jié)約了操作時間，提高了上料速度。對于應用中出現(xiàn)的問題，通過調(diào)試和采取相應改進措施，達到了良好的上料效果，保障了高爐正常生產(chǎn)。

高爐；控制系統(tǒng)；程序

1 引言

天鐵6號高爐有效容積為2 800m3，串罐式無料鐘爐頂，供上料系統(tǒng)由礦槽、焦槽、給料篩分、稱量設備以及膠帶運輸機等組成。燒結礦、球團礦采用分散篩分、分散稱量工藝流程，設有7個燒結礦槽、3個球團礦槽、3個塊雜礦槽及5個焦槽。料倉貯料能力按高爐日產(chǎn)鐵7000t/d、利用系數(shù)2.5 t/（m3·d）、爐料結構燒結礦75%+球團礦15%+塊礦10%進行設計。考慮到設備檢修及操作維護等要求，焦炭貯存運輸系統(tǒng)和礦石貯存運輸系統(tǒng)分別單獨設置，構成兩個獨立、并列系統(tǒng)。在設計供上料系統(tǒng)裝配料程序時，充分考慮了天鐵6號高爐上料系統(tǒng)工藝特點，設計出了適合天鐵6號高爐的上料控制系統(tǒng)程序，通過程序控制將各種礦石焦炭等準確、及時地運送到爐頂，而后由爐頂布料系統(tǒng)按照約定的裝料制度均勻地布到高爐料面。該軟件系統(tǒng)為高爐工藝提供了直觀便捷的監(jiān)控方式，通過程序的精確控制保證了上料的準確性，滿足了高爐正常生產(chǎn)。

2 上料控制系統(tǒng)程序設計

按照高爐槽下皮帶上料工藝要求，整個上料系統(tǒng)軟件設計分為配焦供焦及焦回收、配礦供礦及礦回收和主皮帶上料等系統(tǒng)；從軟件功能上可以設計實現(xiàn)槽下上料及爐頂布料矩陣的設定、預約，包括料批程序設定、上料配料程序監(jiān)控以及皮帶上料速度的設計和優(yōu)化。

2.1 料批配方程序設計

（1）采用矩陣式配方，且矩陣中可單獨對每一原料槽進行配方重量的設定，這樣能大大提高上料配方設定的靈活性。

（2）設置緊急加焦功能，能滿足突發(fā)狀況下改變料制的需要。

（3）在實際生產(chǎn)中，某種原料并不是每一批都需要或者某種原料用量很小需要多批上一次，為解決這個問題，系統(tǒng)提供了循環(huán)設定功能。

有以上三點支持，正常工作情況下，每一批料的品種、重量、爐頂布料信息（布料環(huán)數(shù)、傾動方向、布料角等）均在槽下監(jiān)控界面中進行程序設定和顯示。這種方式突破了傳統(tǒng)控制方法中槽下和爐頂各自設置矩陣的缺陷，提高了上料系統(tǒng)的穩(wěn)定性。槽下供料系統(tǒng)計算料批數(shù)的原則是按大礦記批，即每放一批大礦，槽下上料批數(shù)加1，焦炭、小礦、附加焦、附加礦等都不計入批數(shù)。

2.2 上料配料運行監(jiān)控程序設計

（1）上料系統(tǒng)配料運行監(jiān)控程序提供實時料批位置顯示和跟蹤功能，該跟蹤采用延時計算的方法，通過調(diào)試使顯示和現(xiàn)場實際料批的長度及位置基本吻合。同時，系統(tǒng)監(jiān)控程序還提供料批運行的詳細跟蹤數(shù)據(jù)，從而滿足高爐對上料速度的要求。

（2）配料系統(tǒng)改進了上一批料排放完畢后，下一批需要用到的所有配料設備同時工作的傳統(tǒng)方式，取而代之的是當某一批料開始排放時，下一批就可以按料單設定開始配料，以提高配料和排料速度。

（3）料斗排料程序設計為被選料斗需要排料時，料滿即可開啟閘門向皮帶排料，而不用等待其他被選料斗料滿，大大節(jié)約了排料時間。

2.3 上料速度程序設計

高爐上料的速度是衡量槽下供料系統(tǒng)性能的重要指標，因此對影響上料速度的因素進行全面的分析，對程序編制和設置至關重要。由于6號高爐槽下供礦供焦和主皮帶的運行速度為定值2 m/s，因此本文以時間作為分析的變量。設定第一個允許排料的礦秤斗從打開計時到最后一個排礦秤斗關閉所需的時間為礦批料長to；第一個允許排料的礦秤斗距離爐頂?shù)木嚯x即礦批料頭為Toh；焦批料頭為Tch；中心料罐相關閥門動作總時間為tx1；布料器最大布礦時間tbo；完成布料后關閉下料閘和下密用時tx2；上料罐密封閥門和均壓放散關閉總時間ts1。

（1）排料過程對上料速度的影響

排料過程，即稱量斗閘門開始打開向皮帶放料的過程。假如中心料罐目前物料為礦石，我們選擇當爐頂下料閘離開關位即開始向槽下發(fā)出“要料”指令，這時,如果安全距離延時到，那么槽下各稱量斗設備開始往皮帶上排礦，同時爐頂均壓、下密、下料閘等設備陸續(xù)動作，經(jīng)過tx1向爐內(nèi)放礦，Tbo后布料完成，關閉下密下節(jié)，tx2后上料罐準備向中間料罐排放焦炭。

此時可計算得出，礦批料頭運行至距爐頂?shù)臅r間：Toh-tx1-tbo-tx2

礦石料尾距離爐頂:Toh-tx1-tbo-tx2+to

經(jīng)過一段時間Tfl，上罐向中心料罐放焦結束同時探尺再次到料線爐頂下料閘離開關位，開始向槽下發(fā)出要料指令，這時，需滿足礦石料尾等于最小安全距離Taq，才允許各稱量料斗向供焦皮帶排放焦炭，即：

由此得出，在排料過程中影響槽下上料速度的因素，除了爐頂各種閥門動作速度和布料速度外,槽下各稱量料斗的排料能否正常是非常重要的因素，也就是各稱量料斗閘門與料斗設備的完好率和某一個被選中的稱量斗在排料時出現(xiàn)故障后的應急處理能力直接影響著Toh、to，即料批的料頭和料長，從而直接影響上料速度，因此在軟件設計中，充分考慮到以上因素，適時調(diào)整各種時間量（包括安全間距）的設定值，科學地設置上料料單和料批在各稱量料斗中的分配機制，以及在程序中對關鍵設備的正常運行所建立的應急預案等，可以有效提升槽下稱量斗的排料能力，從而提高槽下的上料速度。

（2）稱量和配料系統(tǒng)對供料速度的影響

槽下稱量料斗配料系統(tǒng)包括振動給料機、振動篩，給料與篩分的速度也影響著槽下供料的能力。正常工序，上一步料批的安全距離延時到，該步料批應該配料完畢，即各被選用的稱量斗都已經(jīng)具備排料的條件。

因此理論上配焦總時間應該不大于排礦時間（礦批料長）與安全距離延時的和；配礦總時間應該不大于排焦時間（焦批料長）與安全距離延時的和。以焦炭為例：

設定焦炭給料系統(tǒng)的下料和篩分速度為Vc；焦炭最大批重為Wc；焦炭稱量斗使用個數(shù)為nc，在正常料制的情況下，一步料的總批重平均分配在各“使用稱量斗”，考慮到秤斗粘料水分等因素，按照分配重量上浮20%考慮，那么每個斗需配的料重應為：

根據(jù)上式所得，若要達到最大槽下配料速度，必須滿足如下條件：

由此得出，給料機的下料能力和振動篩的篩分速度以及料單設定的合理性，直接影響槽下配料系統(tǒng)的速度。因此在程序中合理地設定上料料單分配機制以及適時調(diào)整配料系統(tǒng)的延時，同時保證給料篩分設備的振幅和合適調(diào)整給料機的料流，確實保證秤斗關閉到位，都會縮短秤斗配料時間，從而有效提高槽下上料的速度。

2.4 程序開發(fā)需要的網(wǎng)絡及硬件環(huán)境配置

天鐵2 800m3高爐上料系統(tǒng)自動化控制采用美國GE Rx3i PAC系統(tǒng)+Turck Profibus-DP現(xiàn)場總線的方式，其控制系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 天鐵2800m3高爐上料系統(tǒng)自動化控制拓撲圖

其主控制器采用GE公司Rx3i PAC系統(tǒng)的IC695CPU320,具有1 GHz主頻,64 MB內(nèi)存的CPU，其I/O采用GE本地I/O模塊+TURCK現(xiàn)場總線方式。其中低壓配電柜信號（振動篩、給料機、皮帶等電機和控制信號等）進入本地PLC模塊，而操作箱及現(xiàn)場信號（包括閘門位置、料倉料位、稱重信號等）則就近進入相應的總線從站系統(tǒng)。其中，DP-Master為Profibus-DP主站，采用 GERx3i的IC695PBM300，通過Profibus-DP現(xiàn)場總線協(xié)議將從現(xiàn)場總線各從站上讀取的信號至PLC控制器或?qū)LC控制器的指令轉(zhuǎn)發(fā)至總線各從站相應的設備。

該控制系統(tǒng)與高爐其他子系統(tǒng)之間，通過光纖環(huán)網(wǎng)技術和赫斯曼交換機技術構成的冗余型網(wǎng)絡結構，進行實時數(shù)據(jù)交換和通訊。

3 應用效果

自2009年投產(chǎn)以來，該軟件系統(tǒng)為高爐工藝提供了直觀便捷的監(jiān)控方式，滿足了生產(chǎn)要求，6號高爐平均達到了8批/h以上的上料能力，而且仍有較大的上升空間。該系統(tǒng)本著面向用戶、操作簡易的原則，實際應用中操作工可以很方便地對料批配方進行設定或修改并記錄，且針對實際生產(chǎn)過程會出現(xiàn)的各種操作或設備緊急故障，在程序中還設置了專門的應急監(jiān)控程序和處理方案，包括配料設備異常情況下的故障篩分設備誤差補正和切斗操作控制、閘門系統(tǒng)故障的強制開關或強制料滿放空控制、料頭料尾異常控制等。這些都在一定程度上解決了在故障狀態(tài)下如何不影響高爐供料速度的問題。本著主皮帶上不堆料、不斷料且滿足不因料批大小而影響上料設備安全運行的設計原則，在實際調(diào)試和應用中，通過現(xiàn)場測試各級皮帶實際的運轉(zhuǎn)速度、各稱量篩分設備的動作時間，在程序中調(diào)整了各種上料制度下不同料種在各自皮帶和公共上料主皮帶上的延時間隔（即安全距離），測算并綁定了了合理的給料配料時間值，和各給料篩分設備以及各閘門的延續(xù)時間，并采用延時計算的方法，通過調(diào)試將料批跟蹤和現(xiàn)場料批的長度及位置基本吻合，達到了實時監(jiān)控料批運行情況的目的。

4 結語

天鐵6號高爐上料控制系統(tǒng)，是根據(jù)高爐槽下上料系統(tǒng)的工藝配置以及高爐上料自動控制的設計特點，通過對影響供配料和上料速度因素的分析，進行實際應用調(diào)試與編制設計，在設計中針對各種非正常因素對高爐上料系統(tǒng)造成的影響,制定了相應的應急處理措施和監(jiān)控程序，使得自動控制水平大大提高，達到了良好的應用效果，為高爐正常上料提供了保障。

[1] 馬竹梧，邱建平，李江.鋼鐵工業(yè)自動化（煉鐵卷）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000：192-200.

[2] 高肖林.濟鋼2#高爐爐頂無料鐘上料控制系統(tǒng)改造 [J].冶金自動化，2006，30（2）：16-19.

[3] 李仁華，張博剛，梁成鵬.邯鋼900m3高爐上料控制系統(tǒng)改造[J].冶金自動化，2005，29（6）：54-57.

Program Design and Application of Tiantie No.6 BF Charging Control System

JI Zhong-feng

(Iron-making Plant 2,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province056404，China)

The paper explains the process of the program design and application of Tiantie No.6 BF charging control system.Automatic control program accurately controlling charging system was designed by studying and analyzing BF charging system.During practice,operation time was saved and charging speed increased.The problems occurring in practice were solved by making adjustment and taking relevant improvement measures.Good charging effect was achieved and BF normal production ensured.

blast furnace;control system;program

2013-02-07

2013-03-03

季忠鳳（1982—），女，山東沂水人，工程師，主要從事高爐控制技術和高爐M E S系統(tǒng)管理工作，E-mail：jzf1997@126.com。

（編輯 潘娜）