雙指針上料矩陣在大型高爐中的應用

夏 偉

（中冶華天工程技術有限公司，江蘇 南京 210019）

1 高爐上料工藝介紹

大中型高爐的自動控制系統由上料、本體、熱風爐、公輔系統組成，其中上料系統是其中的核心組成部分。土耳其伊斯梅爾3 000立方高爐，槽下采用皮帶上料方式，爐頂采用PW公司的串罐無料鐘爐頂。在高爐正常運行條件下，整個上料過程是連續不間斷的過程。當爐頂發出上料信號，槽下各礦倉根據上料矩陣的設定，依次或同時打開閘門。放出原料在皮帶上首尾相繼，或者根據矩陣設置進行疊料。當整體料條的料頭和料尾依次進入上料罐時，發出上料罐有料信號。當下料罐放完一批料后發出料空信號時，打開均壓放散閥對料罐進行卸壓，依次打開上密封閥及上料閘，上料罐中爐料依靠重力裝入下料罐。裝料完畢后，關閉上料閘、上密封閥和均壓放散閥，并打開一次均壓閥，充入荒煤氣對下料罐進行一次均壓，使下料罐壓力達到略低于爐頂壓力。當探尺探料降至設定料線深度時，發出提探尺信號，同時關閉一次均壓閥，打開二次均壓閥使用氮氣進行二次均壓，使罐內壓力略超過爐頂壓力。探尺提到等待位后，待溜槽傾動到a角，并旋轉至設定的角度b后，打開下密封閥和料流調節閥，用料流調節閥的開度大小r控制料流速度，爐料由布料溜槽布入爐內。

2 本項目對高爐上料系統的特殊要求

由于本項目的自動化系統需要與外方設計的高爐專家系統對接，為此統一設計了上料、熱風爐、本體各子系統與專家系統的通訊接口。該專家系統，在上料系統部分，只提供了各料批的原料種類和重量，如何分配到各個礦倉，需要一級系統解決。

目前國內傳統的高爐上料系統，在設計配料矩陣時，以稱量斗為核心。配料矩陣中的元素是稱量斗的序號，矩陣運轉時，PLC程序尋找相應的稱量斗進行放料；同時備料不受控制，只要稱量斗放空，即開始備料。而這種上料系統，無法與外方提供的高爐專家系統實現對接。為此，一級控制系統編程人員設計了一種新型的上料方式，解決了這個問題。

3 自動控制系統構成

該項目自動化系統，采用熱備冗余的PLC系統，網絡系統采用雙網雙冗余模式，即PLC網絡采用ProfibusDP雙網系統，HMI網絡采用以太網雙網形式，通過兩臺熱備服務器實現全廠的數據監控。軟件上采用西門子PCS7系統開發PLC控制軟件及監控畫面。如圖1。

圖1

4 雙指針上料矩陣介紹

雙指針上料矩陣，采用以原燃料種類信息為中心的配置方法，簡稱“認料不認斗”方式。根據接收到的高爐專家系統提供的料單中的料種信息以及下料重量，PLC程序遍歷各原燃料礦倉的當前狀態及對應的稱量斗的狀態，自動計算出需要用到的稱量斗，每個用到的稱量斗應該備多少料。該上料矩陣在運行時，備料和放料分開進行，在程序實現中各有一個指針，簡稱雙指針上料矩陣。

5 與傳統上料矩陣的區別與對比

傳統上料矩陣，以稱量斗為中心，根據輸入的上料矩陣，設置兩個矩陣指針—料批指針和料組指針。料組指針根據輸入的矩陣，指向某個稱量斗，進行放料，待該稱量斗放空后，指針步進，指向下一個稱量斗，依次類推，直到該料組中所有的稱量斗都放料完畢。此時，料批指針步進。所有的稱量斗一放空，即開始備料，不管下一批料中是否使用。而雙指針上料矩陣，以料種為中心，上料矩陣中設定的是料的種類和相應的重量。放料和備料分開進行，因此采用兩組料批指針和料組指針。流程圖如圖2。

6 結語

雙指針上料矩陣，實現了“認料不認斗”的上料方式，不僅實現了與高爐專家系統的有效對接，而且提高了高爐上料矩陣設置的靈活性，使操作人員和工藝人員更關注原燃料成分的配比，而不必過多地關注具體的各礦倉及稱量斗的情況，同時只有原燃料信息及重量的上料矩陣，更便于對生產情況的統計和計算。除此之外，由于該新型上料矩陣，在配置時，與礦倉稱量斗的序號無關，理論上可以向任意稱量斗中備任意料，大大提高了設備的靈活性，在土耳其伊斯梅爾高爐實際生產中得到了驗證。

圖2

[1]煉鐵工藝[M].冶金工業出版社.

[2]西門子PROFIBUS工業通信指南[M].人民郵電出版社.