宣鋼高爐熱風爐自動控制系統的應用

連眥偉

摘要 宣鋼2500m³高爐熱風爐系統由三座內燃式熱風爐組成。自動控制系統采用ABB公司的AC800F系統。本文對2500m³高爐熱風爐自動換爐控制系統進行了系統的闡述。

【關鍵詞】熱風爐 自動控制系統 AC800F

1 前言

宣鋼2#高爐的熱風爐系統由三座內燃式熱風爐組成，燃料為高爐煤氣和轉爐煤氣的混合氣，助燃空氣由兩臺助燃機（一用一備）提供。為節能和提高送風溫度采用了煙氣余熱回收裝置，對助燃空氣和煤氣分別進行預熱。高溫熱風帶入的熱量是高爐生產的主要熱源之一。而滿足其高溫條件下實現熱風爐系統的過程自動化控制則尤為關鍵。

2 熱風爐自動控制系統配置

2.1 自動控制系統的選擇

宣鋼2#高爐采用的是ABB公司的大型集散控制IndustriaIIT AC800F系統，該系統融傳統的DCS和PLC優點于一體并支持多種國際現場總線標準。系統具備高度的靈活性和極好的擴展性，控制機柜供電、控制模件采用冗余設計，局部的故障不能影響現場設備安全運行。在現場設備控制參數中，設定故障狀態下的安全設定值，一旦出現大范圍的廠區停電、意外事故，控制系統按照安全模式進行工作。

2.2 IndustrialIT AC800F控制系統

IndustriaIIT AC800F控制系統分為過程控制級（PS）和操作管理級（OS）兩級。通過系統總線DigiNetS與操作管理級（OS）進行通訊。操作管理級（OS）包括操作員站和工程師站（ES），通過操作監控軟件DigiVis及組態調試軟件CBF （Control Build F）實現對熱風爐燃燒、換爐、送風控制，數據監控以及過程控制程序的編譯、組態。

2.2.1 操作員站

操作員站硬件選用適用工業現場DELL工控機，安裝IndustrialIT DigiVis 6.2軟件，操作員站使用以太網與過程站及其它設備進行通信，由于系統數據庫為全局數據庫，所以操作員站之間數據及畫面完全可以共享。

2.2.2 工程師站

工程師站安裝Control Builder F 6.2版本中文軟件，Control Build F采用統一的系統全局數據庫和交叉參考工具。Industrial IT系統過程控制站PS和現場控制器AC800F所需的各種控制算法和策略都是由Control Build F來組態的，并采用圖形化的組態方法。ControlBuild F也用于對操作站人機接口功能的組態并還可直接對現場總線設備進行組態。該Control Builder F軟件可以離線編程，在線修改參數，被修改的參數具備自動備份功能可以恢復;該軟件還可以在線調試，可以單步運行、跟蹤、仿真調試。工程師站使用以太網與過程站及其它設備進行通信，可以實現硬件編輯、過程站編程、操作員站組態一體化編程及調試。

3 過程控制站硬件設計

熱風系統采用一對PM802作為冗余控制器，內部使用DigiNetP連接，確保數據同步。并通過Profibus總線下掛s800系列I/O模件，實現功能分散、危險分散。每一個控制器都有獨立的電源模塊SD802，每個SD823又來自于兩個UPS，UPS又來自于分別兩段380伏，這樣就完全實現了電源的冗余備用。

現場控制器與S800 110站之間的通訊采用標準的，且容易擴展的Profibus DP現場總線協議，從AC800F現場控制器的Profibus模件（FI830）出來的Profibus DP線經過了冗余連接模件（RLM01），再連接到CI840卡件。這樣使Profibus DP現場總線實現完全冗余方式，保證了數據通訊的可靠性。

4 控制系統軟件程序組成與實現

依據工藝生產要求，每個熱風爐有四種狀態，分別為燃燒狀態、悶爐狀態、送風狀態和換爐狀態。由操作員站執行燃燒、悶爐、送風命令，通過程序控制來實現這四種狀態的轉換。

4.1 “悶爐一燃燒”的換爐程序及控制

熱風爐處于悶爐狀態，單爐所有閥門全部打在集中自動位置，且單爐執行打為自動方式，并操作“燃燒請求”。當廢氣閥前后的均壓信號>9.8kPa時，打開廢氣閥，進行熱風爐燃燒周期前的均壓，直到廢氣閥前后的均壓信號<9.8kPa后延時打開煙道閥。關閉廢氣閥后，打開助燃空氣切斷閥、高爐煤氣燃燒閥，同時關高爐煤氣放散。打開氮氣吹掃閥，并延時20”后自動關閉。待氮氣吹掃閥的關反饋回來，最后打開高爐煤氣切斷閥，使得單爐進入燃燒狀態并開始燃燒計時。

4.2 “悶爐一送風” 的換爐程序及控制

熱風爐處于悶爐狀態，單爐所有閥門全部打在集中自動位置，且單爐執行打為自動方式，并操作“送風請求”。打開充壓閥進行熱風爐送風周期前的均壓，待冷風切斷閥前后均壓信號≤ 9.8kPa時，并且延時打開熱風切斷閥。最后打開冷風切斷閥，關閉充壓閥，使得單爐進入送風狀態并開始送風計時。

4.3 “燃燒一悶爐” 的換爐程序及控制

熱風爐處于燃燒狀態，單爐所有閥門全部打在集中自動位置，且單爐執行打為自動方式，并操作“悶爐請求”。關高爐煤氣切斷閥，開高爐煤氣放散閥，延時關高爐煤氣燃燒閥，助燃空氣燃燒閥，關煙道閥。每一步動作反饋都是后一步動作的條件，例如關煙道必須同時有高爐煤氣切斷閥的關反饋、高爐煤氣放散閥的開反饋、高爐煤氣燃燒閥的關反饋和助燃空氣燃燒閥的關反饋且助燃空氣燃燒閥關位返回后才自動關煙道。

4.4 “送風一悶爐” 的換爐程序及控制

熱風爐處于送風狀態，單爐所有閥門全部打在集中自動位置，且單爐執行打為自動方式，操作“悶爐請求”。這時，兩外兩座熱風爐至少有一座處于送風狀態，進行操作的熱風爐才會執行“悶爐請求”，以防止頂風機事故發生。執行“悶爐請求”后關冷風閥，延時關閉熱風閥進入悶爐狀態。

5 結束語

熱風爐自投產以來，計算機自動化控制系統運行良好，特別是換爐程序運行穩定且靈活。整個自控系統經受住了長時間運行和而略環境的嚴格考驗，設計達到了公司節約能源，降低成本，充分提高經濟效益之目的。