基于PLC 的高爐自動化控制系統的設計與實現

胡振江，呂 亮，徐向春，李 平

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

1 高爐煉鐵生產工藝

高爐煉鐵生產工藝較為繁瑣，因此，我們要先了解高爐工藝中每個流程步驟。煉鋼廠高爐自動化系統主要由給料系統由給料、爐體、廢渣處理、熱風爐等系統組成，聯合水泵房系統等。為了使原材料達到高爐煉鐵實際生產需求，要對原材料進行篩選，供料系統將原材料輸送至高爐中，熱風爐可以對鼓風機吹出的空氣進行加熱，送入高爐內部。高爐產出的生鐵能夠鑄成鐵塊，處理后的礦渣可用于水泥工業。高爐的生產過程由高爐主體和其他輔助設備系統完成。高爐煉鐵的工藝流程如圖1 所示。

圖1 高爐的工藝系統組成

高爐復雜的工藝系統主要有以下幾個部分：

高爐爐體部分：高爐爐體是高爐煉鐵過程正常運行的基礎。它具有大量的模擬輸入，尤其是大量的溫度傳感器輸入數據，并且可以監視復雜的高爐爐體狀況。

煉鐵高爐的上料系統部分：高爐供料系統分為爐頂分配部分和儲罐下料部分。爐頂分配部分可以將爐槽下方輸送來的物料正確分配下去，同時能夠控制分配斜槽的旋轉情況和傾斜角度，滿足多種形式的分配；料槽下的配料可將高爐煉鐵使用的原材料以正確的比例進行分配，將原料運送至高爐頂部，它的作用是對料槽的閥門和斜槽進行控制。

在高爐冶煉過程中，爐料從頂部分配系統加載到高爐中，并從頂部移動到底部。高爐底部的風口吹入熱風爐發出的熱空氣還原氣體為一氧化碳和氫氣。當電荷降低時，上升的還原氣流將其加熱，從而產生一系列的物理和化學變化。在該過程中，鐵礦石中的氧化物被還原氣體還原，并且所產生的鐵水和爐渣分別從鐵孔和爐渣孔排出。產生的高爐煤氣被除塵并輸送到發電廠。

2 高爐PLC網絡

圖2 高爐PLC 網絡結構圖

高爐監控系統選用MODBUS PLUS 網，PLC 分站與主站之間選用同軸電纜通過遠程I/O 分支器連接，卷揚主站與槽下分站電源取自卷揚UPS 電源。

該系統主要的控制設備分為三部分，爐頂部分有：煤氣放散、東西均壓閥、東西均壓放散閥、擋料閥、上密封閥、下密閥、料流調節閥、布料器旋轉、溜槽傾動、東西探尺等設備；卷揚部分有：東西料車；槽下部分有：10 個電子坑門的開關，振料、稱值數據采集，2 個地坑的開關，振料、稱值數據采集，運礦、運焦、返礦、返焦等6 個皮帶。以上設備通過該PLC 自動系統的來實現了高爐的生產流程自動化控制。

3 高爐熱風爐參數設置方法

（1）高爐熱風爐系統配置4 座頂燃式熱風爐，僅用高爐煤氣進行燒爐，設計風溫1200℃，最高拱頂溫度1400℃，蓄熱面積為124m3。高溫區采用硅磚，熱風爐系統設有換熱器來預熱助燃空氣，采用兩臺助燃風機集中送風，1 用1 備。計算機自動燃燒控制、送風溫度控制和換爐控制等。

圖3 4 座頂燃式熱風爐圖

（2）操作方式。①機旁非聯鎖。選中后允許機旁操作，沒有任何安全聯鎖限制，僅在停產檢修時允許使用。②集中聯鎖。選中后允許在OS 站操作設備，有安全聯鎖條件限制。③集中非聯鎖。選中后允許在OS 站操作設備，沒有任何安全聯鎖條件限制，僅在試車時允許使用，投產后禁止使用。④自動。選中后允許單個熱風爐從送風轉悶爐，悶爐轉燃燒，燃燒轉悶爐，悶爐轉送風；若同時選中所有熱風爐自動，同時啟動全自動，則按照設定的送風時間自動轉換送風。必須注意的是，在熱風爐處于燃燒，送風，悶爐的確定狀態時，自動方式才能啟動。

圖4 熱風爐運行圖

（3）參數設置方法。若PLC 停電，PLC 內的程序若丟失，需要重新下載程序，下載工作須電氣專業人員進行，沒有丟失則不須此項工作。但不論是否需要下載程序，都需要重新設定以下參數，否則設備無法正常工作。需要注意，PLC 停電才需要做此項工作，外部設備停電則不必要。

①所有調節閥的控制方式，PLC 停電將導致控制方式復位。若希望自動，則必須選中自動，希望手動則在希望動作該設備時選中手動并設定開度。PLC 停電后不選操作方式是很隱蔽和危險的，因為調節閥將保持在送電時的開度不動作。②所有熱風爐煤氣調節閥的空煤比；否則自動方式下煤氣調節閥不會開啟。③所有助燃空氣調節閥的設定流量；否則自動方式下助燃空氣調節閥不會開啟。④冷風混風調節閥的設定溫度，否則在“溫度調節”方式下，該閥不會動作。同時需要選中“溫度調節”或“開度調節”方式，若選“開度調節”，需同時設定開度。⑤所有熱風爐燒嘴溫度調節閥的設定溫度，否則自動方式下該閥不動作。若選手動，則在動作此閥時設定開度。默認選中“A 點調節”，若需用B 點，選中“B 點調節”。⑥供熱風爐富氧管氧氣調節閥設定流量，否則該閥在“流量調節”方式下不會自動跟蹤流量；若選“開度調節”，則在動作此閥前設定開度。⑦助燃空氣總管壓力調節閥，在“壓力調節”方式下設定壓力，否則該閥不會開啟；在“開度調節”方式下，動作此閥前設定開度。⑧助燃風機風門入口調節閥設定開度，并選中手動或停止。請注意，啟動風機前相應入口調節閥需要關閉，以利延長高壓風機壽命，風機啟動后，手動設定開度讓風門開到相應開度。⑨“送風設定時間”以分為單位設定。否則熱風爐全自動無法工作。

下圖是設置熱風爐煤氣調節閥的空煤比的窗口，其他調節閥設置窗口與此圖類似。

圖5 設置熱風爐煤氣調節閥的空煤比的窗口

4 總結

在現代工業建設過程中，鋼鐵是必不可少的基礎原料。在煉鐵高爐生產過程中合理使用電氣自動化可以減少冶煉過程，同時可以為員工提供更詳細的監控信息，以利于監控。人員根據數據信息及時進行調整，以確保生產的順利進行，從而可以提高產品的產量和質量。對于目前的技術方法，煉鐵高爐的電氣自動化控制系統仍有廣闊的發展前景，這就要求相關人員根據實際情況優化企業的電氣自動化控制系統，以促進良好的發展。