高爐煉鐵工藝及自動化技術的發展

楊道坤

摘 要：本文主要介紹了高爐自動控制系統中高爐本體、上料系統、槽上系統的邏輯控制功能，以及該系統的技術特點。該控制系統自動化控制范圍廣，自動化程度高，采用了大量新技術和一些先進的控制算法，實施效果好，經濟效益高、推廣應用價值巨大。

關鍵詞：高爐自動化控制研究

煉鐵廠高爐采用計算機對主要工藝生產線實現綜合自動控制，系統為兩級計算機結構，監控層為上位監控站系統和基礎控制層為電控系統和儀控系統設置為三電一體化（EIC）控制系統，統一由PLC完成高爐自礦槽、主卷揚上料到本體、熱風爐、粗煤氣處理及煤氣凈化系統、水處理系統等各子系統設備級監控與管理，六套系統采用以太環網通信，同時為不同的數據安全性，嵌套MB+網絡，從而在高爐主控室實現了整個高爐的設備及生產過程的全過程綜合監控，同時數據環可以遠傳到骨干網。本文主要論述了煉鐵廠高爐自動化控制的結構與特點。

一、系統主要功能

隨著工業的發展，高爐的運用愈來愈滲透進多個行業。但是在高爐產生巨大經濟效益.應用多套PLC組成高爐控制系統的實現方法和功能特點，以及多座高爐控制系統進行兩級聯網通訊，實現過程控制和生產管理自動化。實際應用表明，系統整體設計合理，運行穩定可靠，滿足了高爐生產要求并取得很好的效益。主體工藝系統采用三電（電氣，儀表，計算機）控制一體化程度較高的分布式控制系統進行集中控制、監視和操作，主要的輔助工藝系統則視工藝過程控制的難易程度，選用獨立的PLC（DCS）或繼電器（模擬儀表）系統進行控制、監視和操作。主體工藝自動控制系統與輔助工藝PLC（DCS）或繼電器（模擬儀表）系統之間通過數據通信接口或I/O模件接線方式進行通信。

（一）機群系統控制

采用光纖以太環網同時為不同的數據安全性，嵌套MB+網絡。上位監視系統采用對等模式，每一個系統都已有兩臺相同監控機，相互獨立，互為備用。現場控制站由QUANTUM系列PLC組成，和監控系統進行交換數據，實現對現場的設備控制，數據的處理。

（二）高爐本體控制系統

煉鐵廠高爐自動控制系統包括四部分分別是上料和爐頂自動控制系統、高爐本體自動控制系統、熱風爐自動控制系統和布袋除塵自動控制系統。每套系統都包括操作級和過程級操作級包括傳統控制功能如操作與監視、歸檔與信息記錄、趨勢與報警、回路與邏輯控制功能等為便于管理所有功能都可在相應過程站中執行。做為過程級是由一個或幾個過程站組成每個過程站都由主PLC及各種I/O模塊組成。

（三）槽下控制系統

槽下自控關鍵部分有料單的分解、處方的運行及主卷揚的自動控制。在料單的分解、運行中及處方的運行中大量運用了順序功能塊圖SFC對料單進行初始設定并對所送料單的裝序進行判斷對裝法中的焦、礦位置、個數進行判定為篩料、放料工作打下基礎。

（四）爐頂控制系統

受料斗接受由卷揚小車送來的原料下口有一個柱塞閥。柱塞閥、上密封閥、放散閥都在關閉位置受料斗中的料不“滿”時允許小車上行送料料斗“滿”后依次打開上密封閥、柱塞閥向料罐裝料。料罐儲存爐料可容納一批礦或一批焦。在料罐上口安有上密封閥可在料倉漏料入爐時密封住爐內煤氣。料倉下口有下密閥。探尺探測爐內料面高度。當料面達到設定高度提探尺允許料罐向爐內放料。設東、西兩個探尺可選擇用一個也可兩個同時使用。溜槽的傾動是指在垂直平面內改變溜槽傾角的運動。溜槽的旋轉是指溜槽完成繞高爐中心線的旋轉運動。傾動和旋轉都是由兩臺SIEMENS公司6SE70系列變頻器控制完成的兩臺變頻器一備一用都裝有絕對值編碼器來檢測傾動α角和旋轉β角的角度。同時在溜槽傾角的兩個極限位置設有兩個接近開關作為安全自鎖和報警使用。

（五）數據采集、畫面監控操作、歷史趨勢顯示及報表打印功能

為保證高爐生產的安全運行和生產效率，要求自動化控制系統能夠全面對生產過程進行監控，而且由于數據量較大，所以對設備的自動化程度要高。對發生的設備故障及安全事故，要求自動化控制系統能準確、及時記錄其數值和情況，繪制歷史趨勢。對現場生產能夠準確匯總數據，為生產統計服務。對檢測儀表而言，也即對溫度、壓力、差壓、流量、料位、重量的檢測，要求數據的采集精確度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

二、系統的技術特色

綜觀國內外高爐自動控制系統的應用，具有創新性和技術領先性，并具有較強的輻射作用。其先進性主要表現在：

1、該高爐整體自動化控制程序特點為三電一體化結構，該系統中各控制工序均通過PLC完成，同時實現所有控制都通過PLC控制，充分實現PLC的高穩定性，高可靠性。2、自動化控制程度范圍廣。全系統采用了多套PLC系統、15臺監控站。全系統自動化控制包含了高爐槽下、爐頂、本體、等高爐生產全過程，同時實現之間數據的共享，連鎖實現系統分析和綜合控制3、高爐的自動控制為冗余的光纖以太環網，同時為不同的數據安全性，嵌套MB+網絡，因此實現了以太環網與MB+網的轉換，使數據能夠安全的傳輸到骨干網，使整個系統通信傳輸更加安全可靠。4、自動化程度高，程序內設多重聯鎖防止了設備競爭現象和誤啟?，F象發生。同時配合連鎖取消，配合設備故障時的自動控制，程序模塊化結構，簡單明了，層次清楚，便于閱讀、修改。

三、結束語

通過煉鐵廠高爐綜合自動化控制系統的研究與應用，很好地解決了以前高爐過程控制存在的問題，實現高爐工藝過程的合理、有效控制，保證其良好的運行品質，達到高產穩產、節能降耗的目的。

參考文獻：

[1]史韶建.高爐槽下振篩平臺振動分析及治理措施[J].山東冶金，2006，3：15-17.