新型儀表在高爐系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：高爐伴隨著工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越多地滲透進(jìn)各行各業(yè)并帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但是高爐生產(chǎn)工藝復(fù)雜，分散點(diǎn)多，生產(chǎn)環(huán)境特殊，同時(shí)電氣設(shè)備要求嚴(yán)格、自動(dòng)化系統(tǒng)龐雜，因此稍有不慎就會(huì)造成故障，維修率很高。但是新型儀器儀表在高爐系統(tǒng)中的應(yīng)用必然會(huì)對(duì)高爐的使用現(xiàn)狀有所改善，可以自動(dòng)化控制生產(chǎn)過(guò)程和管理，經(jīng)濟(jì)效益也將大大提高。

關(guān)鍵詞：新型儀表；高爐系統(tǒng)；控制；自動(dòng)化；計(jì)算機(jī)

1 前言

高爐以三電（電氣、儀表、計(jì)算機(jī)）為核心工藝系統(tǒng)，一方面采用控制一體化程度較強(qiáng)的分布式控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制、監(jiān)視和操作，另一方面根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中控制的難易程度，選用獨(dú)立的PLC或模擬儀表系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)通信接口或I/0模件接線方式進(jìn)行輔助通信，保證生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性和實(shí)時(shí)監(jiān)控性，確保高爐操作過(guò)程中正確的配料按照一定的順序及時(shí)進(jìn)入爐內(nèi)、控制爐料下降速度力爭(zhēng)均勻下降、必要時(shí)調(diào)節(jié)爐料分布確保其與熱媒氣流的可以良好接觸、確保高爐整體處于恰的熱狀態(tài)下。經(jīng)過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，系統(tǒng)不僅整體設(shè)計(jì)合理，可以穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，而且符合高爐生產(chǎn)要求并獲得良好的效益。

2 新型儀表的特點(diǎn)

儀器儀表制造工藝伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛滲透在近20幾年來(lái)也得到長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，智能、虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)化儀器應(yīng)運(yùn)而生。接下來(lái)就對(duì)這些新型儀表的特點(diǎn)給予簡(jiǎn)單的分析。

2.1 智能儀器

智能儀器即將人工智能應(yīng)用于儀器，使儀器具有類似人的智能特性和功能，具體特點(diǎn)如下：

2.1.1 借助傳感器和變送器采集信息，并根據(jù)處理器的要求采集變電和非變量。

2.1.2 使用智能接口，并接入自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)甚至internet，既方便人機(jī)對(duì)話及與外部?jī)x器設(shè)備對(duì)話，又可以使使用者借助控制面板上的鍵盤和顯示屏，用對(duì)話方式隨意進(jìn)行測(cè)量、設(shè)置參數(shù)等操作。

2.1.3 存貯器一方面可以用來(lái)存儲(chǔ)測(cè)量程序、相關(guān)的數(shù)學(xué)模型以及操作人員輸入的信息，另一方面可以用來(lái)存儲(chǔ)有史以來(lái)測(cè)得的各種數(shù)據(jù)。

2.1.4 設(shè)有對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行求均值、對(duì)數(shù)、方差、標(biāo)準(zhǔn)差等數(shù)學(xué)運(yùn)算的程序，也可以按設(shè)置的程序求解代數(shù)方程，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較、判斷、推理之后輸出相應(yīng)控制信息。

2.1.5 對(duì)自身各部分進(jìn)行自我檢測(cè)，測(cè)試儀器能否正常工作，并發(fā)出相應(yīng)的信息或者聲音來(lái)表明故障部位。

2.1.6 通過(guò)自我調(diào)節(jié)來(lái)應(yīng)對(duì)外界環(huán)境變化，例如根據(jù)外部環(huán)境、溫度以及負(fù)載的變化自動(dòng)輸出與之相對(duì)的信號(hào)。

2.1.7 通過(guò)自動(dòng)校準(zhǔn)零點(diǎn)、增益等來(lái)保證自身的準(zhǔn)確度。

2.2 虛擬儀器

虛擬儀器是指在充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的同時(shí)，具備允許用戶進(jìn)行自設(shè)計(jì)、自定義的儀器。通常包含計(jì)算機(jī)、儀器模塊和軟件三部分，其中軟件部分可以控制儀器模塊的功能實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器使用方法同尋常儀器一樣，只不過(guò)虛擬儀器在的分析處理方面更勝一籌。計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，使得用戶不僅能使用制造商提供的儀器功能，而且可以根據(jù)自身需要進(jìn)行設(shè)計(jì)、定義，更甚至同一臺(tái)虛擬儀器可在多種場(chǎng)合應(yīng)用。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化儀器與遠(yuǎn)程測(cè)控

由計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與儀表技術(shù)相結(jié)合所產(chǎn)生的一種新型儀器，使儀器本有的遠(yuǎn)程通信能力發(fā)生了許多新的、重要的變化，擴(kuò)展了web技術(shù)的應(yīng)用便是一個(gè)很重要的方面。

3 高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)分析

3.1 高爐控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用

爐本體控制、給料和配料控制、熱風(fēng)爐控制以及除塵系統(tǒng)控制等組成了高爐控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容。高爐煉鐵自動(dòng)化控制系統(tǒng)就是保證在煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中的連續(xù)性和實(shí)時(shí)監(jiān)控性，使得生產(chǎn)過(guò)程高校有序的進(jìn)行。

高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)一般由電氣傳動(dòng)系統(tǒng)、常規(guī)檢測(cè)儀表及以計(jì)算機(jī)為核心的分布控制系統(tǒng)共同組成，在系統(tǒng)應(yīng)用功能上分為四個(gè)階段：

第一階段，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行盒驅(qū)動(dòng)檢測(cè)。

第二階段，在生產(chǎn)過(guò)程中及時(shí)采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步處理，控制生產(chǎn)過(guò)程中的連續(xù)性和邏輯性。

第三階段，在生產(chǎn)過(guò)程總及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)并管理，計(jì)算模型，記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。

第四階段，生產(chǎn)管理級(jí)，主要進(jìn)行全廠生產(chǎn)信息管理。

其采用高速數(shù)據(jù)總線通信模式，與其他生產(chǎn)管理部門留有接口，以上四階段，第一階段屬于常規(guī)檢測(cè)儀表及電氣傳統(tǒng)系統(tǒng)，剩余的屬于分布式控制系統(tǒng)。

3.2 高爐系統(tǒng)主要控制內(nèi)容

按照功能和結(jié)構(gòu)劃分，高爐系統(tǒng)包括槽下及上料控制系統(tǒng)、高爐本體系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)和除塵控制系統(tǒng)四個(gè)分系統(tǒng)。

首先，裝料自動(dòng)化。裝料的過(guò)程中要注意使?fàn)t料保持適當(dāng)?shù)母叨?，保證冶煉過(guò)程正常進(jìn)行。

其次，送風(fēng)自動(dòng)化。從風(fēng)口鼓入約1000～1200℃的可使焦炭燃燒的熱風(fēng)，熱風(fēng)將爐內(nèi)的冷風(fēng)加熱，但是加熱后的冷風(fēng)風(fēng)溫逐漸降低，為了獲得恒定的風(fēng)溫可以用風(fēng)溫調(diào)節(jié)器控制摻入的冷風(fēng)量。

再次，爐頂煤氣的檢測(cè)和控制。爐內(nèi)的冶煉情況可以通過(guò)爐頂煤氣的壓力和成分來(lái)體現(xiàn)，爐頂?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)裝置可以幫助保持爐壓恒定，確保爐料平穩(wěn)下降。

最后，爐體設(shè)備管理。為高效實(shí)用高爐，延長(zhǎng)使用年限，在生產(chǎn)過(guò)程中要注意對(duì)爐體各部位和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，其中爐體各部位可用各種熱傳感器監(jiān)控其溫度，耐火磚現(xiàn)存厚度可用觸發(fā)響應(yīng)法進(jìn)行測(cè)量監(jiān)視。另外，風(fēng)口也是很重要的設(shè)備，也需要常常關(guān)注。利用雙管電磁流量計(jì)或卡門流量計(jì)可計(jì)算風(fēng)口冷卻水的進(jìn)出流量差，根據(jù)差值可判斷風(fēng)口冷卻套是否破損。

高爐生產(chǎn)工藝核心系統(tǒng)包括：高爐礦、爐頂（鐘式爐頂或無(wú)料鐘爐頂），上料（料車上料或皮帶機(jī)上料）、焦槽、高爐本體，出鐵場(chǎng)，粗煤氣和除塵煤氣清潔（文氏管或者比消失法），熱風(fēng)爐，爐渣處理，煤粉制備及噴吹，爐頂煤氣余壓發(fā)電等。

高爐生產(chǎn)工藝主要的輔助系統(tǒng)包括：高爐除塵系統(tǒng)，鍋爐房，鼓風(fēng)站，檢、化驗(yàn)設(shè)施，空壓站，水處理系統(tǒng)，碾泥機(jī)，鑄鐵機(jī)等。

通常而言，高爐生產(chǎn)工藝核心系統(tǒng)與主要輔助系統(tǒng)的控制分別由不同的控制系統(tǒng)進(jìn)行。

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