基于PLC的高爐鼓風機控制系統的設計及實現研究

邢立凱

摘 要：在我國鋼鐵行業生產中，高爐鼓風機是冶煉生產的重要動力設備，為高爐生產提供燃燒所需的氧氣，鼓風機的正常、安全運行在一定程度上影響著生產的連續性。該文主要闡述了用傳統儀表控制高爐鼓風機可能存在的問題，并分析了基于PLC的高爐鼓風機控制系統的設計及實現研究。

關鍵詞：高爐鼓風機 冶煉 PLC 控制系統

中圖分類號：TP273；TH452 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0004-02

高爐鼓風機是將一部分空氣匯集起來，通過加壓提高空氣壓力形成具有一定壓力和流量的高爐鼓風，并根據生產所需的風壓、風量調節后輸送至高爐的動力器械[1]。目前我國鋼鐵產量占世界鋼鐵總量的50%，冶金行業發展迅速，當今世界的高爐發展更趨向于環保、節能，傳統的小型高爐存在能小弟、污染嚴重等一系列弊端，正逐漸退出市場。PLC是專為工業應用設計的工業控制計算機，此裝置具有穩定系高、可靠性強、抗干擾能力強、體積小等一系列優點，并在電氣控制系統中已得到廣泛的應用，能解決復雜的邏輯控制，更能在惡劣的環境下長時間、不間斷運行，而且操作較為簡單，維護方便。

1 高爐鼓風機控制系統簡述

高爐冶煉的工作原理是依靠催化劑在高溫下將礦石材料還原成鋼鐵材料的過程，由于其體積龐大，在運作過程中對溫度、壓力需求加大，因此，鼓風機成為工作中的中樞。鼓風機是否正常、穩定運作直接影響到高爐鋼水、鐵水的生產、壓力支撐等工作，若風量不足，則可能導致礦石燃料下落凝結在爐體空間，形成高爐灌渣現象，給企業帶來巨大的損失[2]。一套良好的控制系統是鼓風機正常、穩定工作的重要保障，目前高爐鼓風控制系統采取PLC過程控制系統，對鼓風機進行連續監控、邏輯監控和過程監控。連續監控主要對風量、風壓進行調控；邏輯監控主要對鼓風機機組啟動條件進行連鎖功能、安全防范、緊急停機等工作流程進行監控；過程監控主要對鼓風機運作過程進行全面、全程監控，及時發現突發事件并做出處理。鼓風機機組涉及的電氣設備種類繁瑣且操作復雜，通過PLC過程監控系統，可將復雜的操作簡便化，提高工作效率的同時更能對突發事件做出及時的處理，避免出現更大的人員傷亡和財產損失。

2 高爐鼓風控制系統結構設計

2.1 明確被控對象設備及重要參數

鼓風機組汽輪機的主要技術指標包括功率范圍、總級數、工作轉速、壓力、流量等；軸流風機主要參數有風機吸入風量、入口溫度壓力、轉速等；通過對鼓風機組基本結構的研究，了解控制系統所涉及的設備和操作流程，同時掌握操作的重要參數[3-4]。在設計高爐鼓風機控制系統時，必須明確被控對象設備，深入了解被控對象的結構組成、工作條件和重要操作參數，同時對鼓風機控制系統的歷史情況進行分析，了解控制系統之前可能存在的故障和限制，在設計時可有效避免此類問題，避免造成不必要的損失。

2.2 控制系統結構設計

目前大部分控制系統分為計算機自動控制系統和手動操作控制系統兩部分，兩者的分工合作滿足不同的控制需求。自動控制系統主要通過預置系統的重要參數，依據計算機技術處理控制完成鼓風機的控制工作流程，自動完成工作數據的采集儲存、故障預警顯示、故障自動處理、工作狀況備份存檔等。手動操作控制系統主要以人為手動控制鼓風機組的開關，通過手動操作對電氣系統完成對鼓風機組的控制。通過自動控制系統和手動操作控制系統的無縫連接，滿足各種工況需求的同時提高工作效率。

計算機控制系統主要通過五路模擬量控制輸出，通過調速器控制鼓風機轉速，通過汽輪機氣門調速，并協同控制轉速的PID控制器組成控制回路。PID操作簡單，工作狀態穩定，因此對機組的擾動性低。根據出風量。應采用靜葉角度控制器和防喘振控制系統，開關啟停的功能主要由驅動報警開關顯示來實現。

供電系統以及地線系統的設計也是鼓風機控制系統的重點，供電系統為確保計算機控制系統正常、穩定運行的關鍵性因素，供電不正常可能導致系統的可靠性和穩定性[5]。地線系統設計的重點是防干擾特性，在鋪設過程中與動力電纜等線路分開，采用屏蔽功能的電纜，避免電磁的干擾。

2.3 應用軟件設計

高爐鼓風機控制系統的設計與相關應用軟件關系密切，鼓風機控制系統應用軟件主要包括下機位PLC控制系統軟件、監控軟件以及通訊網絡。結合PLC系統的特點，利用STEP 7對鼓風機控制系統進行用戶用程序編制，夏季為采用SIM ATIC STEP 7編制PLC機組啟動連鎖控制、自動操作控制等；下機位采用SIM ATIC WINCC對數據和畫面進行編程，主要編制機組全貌、動力油站、防喘振監控等。計算機控制系統必須包括總覽顯示、主顯示、監控界面、警報界面等顯示界面。所選用的軟件必須能夠實現鼓風機組正常運行所涉及的操作控制，主要包括靜葉角度、風量風壓等系統的控制，同時還包括防喘振控制系統等。進行軟件調試時，不僅要對軟件硬件設備進行測試，同時還要對相關儀表、執行機構進行測試，確保應用軟件的穩定運行[6]。

3 結語

隨著科學技術的快速發展，我國逐漸加強對高新技術產業的重視度和支持力度，高爐鼓風機控制系統必將實現自動化、智能化的升級。高爐鼓風機組控制系統的安全、穩定運行對整個冶煉生產過程有重要的作用。通過對機組整個工藝流程的了解，優化機組的控制方法是發展的關鍵，基于PLC的高爐鼓風機控制系統的設計，提高了控制系統的安全性和穩定性，使操作更為簡便，有效降低了成本，符合國家對節能減排的要求，促進企業的長足發展。

參考文獻

[1] 申旭.基于PLC的橡膠砂輪硫化爐溫度控制系統的設計與實現[J].電氣應用，2013（2）：56-58，64.

[2] 師亞娟，朱忠杰.基于PLC的交通信號燈控制系統創新實驗平臺的設計與實現[J].工業儀表與自動化裝置，2013（2）：70-72.

[3] 吳建龍，苗素云.基于PLC與MCGS的YL-335B自動線控制系統設計與實現[J].機電技術，2015（6）：21-24.

[4] 李俊，周李成，周慧，等.基于PLC的常規加注模擬訓練設備控制系統的設計與實現[J].計算機測量與控制，2016（6）：117-120.

[5] 王鑫.基于PLC的MPS-HP-Ⅱ型中速磨煤機控制系統設計與實現[D].吉林大學，2013.

[6] 徐健，王延年.基于PLC的高爐鼓風機控制系統的設計與實現[J].西安工程大學學報，2003（3）：252-255.