煉鐵高爐電氣自動化系統基本配置及其功能和優點分析

張 毅

（承德鋼鐵集團有限公司，河北 承德 067000）

經濟社會的快速發展，對鋼鐵行業的需求量也不斷增大，尤其是汽車制造、航天等高精尖行業的需求，為鋼鐵產品的質量和性能等都提出了嚴苛要求。在鋼鐵企業中，高爐冶煉生產環節是影響產品質量的關鍵環節，直接影響著產品的性能、抗拉強度等。于是對于鋼鐵企業來講，做好高爐冶煉環節至關重要，煉鐵高爐電氣自動化系統的應用，有效地提升了冶煉的質量。因此對于鋼鐵企業相關技術人員來說，掌握煉鐵高爐電氣自動化控制技術，能更好地維護高爐生產，助力高爐長周期穩定運行。

1 相關概述

1.1 高爐工藝簡介

高爐可以將鐵礦石專業進行混合反應，生產鑄鐵和其它的產物。高爐煉鐵中它的主料是從上到下，而煤氣是從下到上進行反應的，它整個實際生產是一個比較連續的過程。需要將熱風爐的實際溫度加熱到1000攝氏度之上。爐料內的焦炭才能夠進行燃燒，最終會生成高溫的還原性氣體并且不斷加熱，倒入料汁中，再成為鐵礦石球團，最終變成鐵。

1.2 煉鐵高爐應用電氣自動化控制優點

在過去的煉鐵生產過程中，高爐實際生產時有不同的管理部門，對高爐生產進行管控，但無法做出合理的分析，這給整個生產計劃的制定和管理工作帶來了極大困難。電氣自動化控制系統應用后，可自動對高爐冶煉過程中的參數和數據進行收集和在線監控，提升冶煉效率外，還有效地降低了操作人員的勞動強度。隨著鋼鐵企業智能化進程的加快，越來越重視在自動化控制系統的應用，對它的實際應用進行不斷地研究，提高其穩定性和功能性，在高爐生產控制過程中發揮更好的效果。

2 煉鐵高爐電氣自動化系統基本配置

在煉鐵高爐內部系統中，利用電氣自動化系統，可以對整個煉鐵過程做出全方位的檢測，提升高爐運行的穩定性。在實際配置過程中，相關工作人員利用網絡分層的結構，將不同的系統進行很好的連接，利用網絡將PLC的設備數據進行傳輸利用，主控電腦讓整個系統做到平面化監測。在對電氣自動化控制系統實際設計過程中，一定要考慮到實際因素，不同的系統進行不一樣的配置。在實際運行過程中，如果某個部分出現了問題，可以及時進行代替，盡可能的將存在的問題進行及時解決。

3 關鍵技術參數

3.1 模塊介紹

（1）CPU。在煉鐵高爐電氣自動控制系統設計中，PLC控制器主要應用于系統主機，對整個自動化控制系統實現遠程等有效控制。目前在用的是西門子417-4H CPU，通過在主機架底板上安裝CPU，內部設置可讀寫存儲器。也可采用內存卡增設方式，從而擴大存儲器內存。在該存儲器的執行程序內能夠執行邏輯運算、順序控制、定時、耦合等幾大功能。可以輸出開關量與模擬量，從而有效控制煉鐵高爐各類電動機。

（2）I/O模塊。該PLC控制器包括開關量、模擬量兩大輸入輸出模塊，分別作為信息的采集、控制處理模塊。由該模塊對現場設備運行及檢測狀態、數據信息進行采集，經主機架CPU分析運算可得到電平信號，最終將計算結果轉為控制信號傳輸至應用現場的電動機、變頻器中。在背板安裝所有的開關量、模擬量的輸入與輸出，所有I/O模塊均可以實現自動化軟件配置。

（3）SM背板總線模塊。該PLC控制器在導軌上加上SM背板總線模塊，這樣就實現了模塊的熱插拔，拔下模塊后不會影響后面的I/O模塊的背板總線通訊，方便模塊故障的處理。

3.2 PLC編程模塊

在煉鐵高爐電氣自動控制系統設計中，西門子PCS7 9.0是主要的編程軟件。PCS7由STEP 7、WinCC、圖形編程語言CFC和SFC、結構編程語言SCL、PDM組成。

4 功能

4.1 分析自動化系統

該系統的主要功能是有效的檢測高爐內原料反應狀況，確保煉鐵高爐在實際冶煉時具有一定的安全性、穩固性，確保爐體的安全。自動化系統的應用，能夠有效的保障現場工作人員的安全。煉鐵高爐中的檢測設備主要應用在冶煉生產過程中，對所有參數進行有效的整理和收集。自動化系統主要包括監測儀表、信息收集模塊等。其中自動化系統中的控制端設備能夠有效的以高爐冶煉的方式呈現出實際冶煉過程中爐體壓力等相關參數，與此同時可以查詢以前的參數通過趨勢圖的方式呈現出來。操作人員能夠利用手動方式對電腦畫面進行相關的操作，利用開關有效的控制實際冶煉過程中的各個閥門以及設備，從而能夠有效的調節高爐運行情況，確保冶煉正常開展。

4.2 自動監控系統

在具體的應用過程中，監控系統可以根據主要的數據作出詳細分析，按照具體的情況選擇利用科學合理的方式進行解決。整個系統中不僅可以對高爐的實際運行狀況做出監控，還能夠對它的設備運行狀況進行分析，確保整個系統運行的更加安全。除此之外，不同的設備和監控系統之間可以相互連接，能夠對不同的數據，進行詳細的傳輸，可以使設備發生故障的概率降到最低。

4.3 分析自動熱風爐系統

高爐冶煉過程中，熱風爐系統是自動系統中重要的組成部分，冶煉過程中熱風爐至少要使用三座，部分高爐現使用用四座，操作步驟是“燃燒、換爐、送風”。在冶煉實際工作中，工作人員要有高度負責的態度，首先預熱冷風，從而最大程度的確保熱風能夠持續的運送到熱風爐里，保證煉鐵高爐自動化系統的有效應用。此外，預熱冷風的過程中，熱風爐根據實際情況進行設定，如人工操作、自動化控制等。使用全自動化熱風爐可以實現對單一熱風爐開展設定工作，相關的人員利用設定廢氣的溫度以及熱風爐拱頂溫度，從而對冶煉燒爐整個環節進行有效把控。此外，自動熱風爐系統在實際應用時，可以有效查找以前的數據信息，有助于提高工作人員對數據信息分析的合理性、準確性，并達到節能減排的目的，為鋼鐵企業帶來更大的生態效益和經濟效益。

4.4 煤氣凈化控制系統

在高爐的實際生產過程中，會產生很多的灰塵和廢氣，如果灰塵堆積過多的話，就會對設備的正常運行造成嚴重影響。所以一定要對高爐煤氣設備中的灰塵和積粉進行及時清理，確保整個設備的穩定運行。控制系統的基本原理，需要利用不同的重力將煤氣中的粉塵進行分離，進而達到煤氣完全凈化的目的。需要關注的是一定要對設備進行定期的清理，防止因為灰塵過多導致除塵效果降低。與此同時，還需要注意在煤氣凈化的過程中，所使用到的系統必須具備自動控制、單獨控制等功能，這樣才能夠保證除塵的效果達到最佳。

4.5 高爐爐頂供料系統

2500M3高爐供料系統目前主要是采用皮帶上料方式，由高壓電機直接啟動控制。對于爐頂的皮帶控制方面主要要求勻速穩定的運行，為了確保整個系統的可靠運行，在皮帶傳動電機方面，主要采用“3使1備”或“1使1備”的模式，單生產中單臺電機出現問題后，可機械人員更換傳動鏈條后由操作員在操作畫面上直接切換備用電機就可以恢復皮帶正常運轉，大大縮短了皮帶電機故障的處理時間。除此之外，在爐頂供料系統中可以利用相關技術對其進行實施監測，便于及時發現問題，提升系統的可靠性，維護起來也更加容易。

4.6 高爐傳動控制系統

在高爐實際傳動控制過程中，主要是高壓變頻傳動和低壓變頻傳動。低壓傳動方面主要包括探尺、傾動、旋轉傳動等。整個交流調速控制技術需要不斷的進行完善，在交流電機的結構方面，它相對比較簡單而且維護量小，在當前傳動系統一般都會利用交流調速系統。為了讓整個高爐傳動控制變得更加安全可靠，將存在的故障降到最低，需要不斷的對其進行優化。

5 電氣自動控制系統常見問題的解決方法

電氣自動化操控設備基本上都是電子設備，整個設備本身設計的相對比較縝密，不僅如此，它對于具體的環境也有非常高的要求，然而因為整個煉鐵高爐實際溫度比較高，所以在外部水渣含硫蒸氣，具備的腐蝕性也較大，這就使得整個電子設備在惡劣環境下進行運轉，很容易讓相關操作系統發生嚴重故障。為了確保整個電氣自動化控制系統在實際工作過程中的安全性，就需要對其進行高度重視，要對其進行檢查。除此之外，需要在繼電器或者限位器的位置做出監控，這樣相關工作人員就能夠更快的發現所存在的故障，通過利用相關技術手段能夠確保操作系統正常運行，工作人員的人身安全也會得到保障。

6 煉鐵高爐電氣自動控制系統升級方向

隨著電子信息技術的不斷發展，對于電氣自動化系統的實際應用也進行了不斷升級。智能化模式的不斷應用是當前自動化控制系統的趨勢，通過利用互聯網和終端技術，能夠對煉鐵高爐做出全方面的監測和控制。以5G為代表的通信技術，與自動化系統的結合，推動整個自動化控制系統功能更加精準和全面，可實現精準操控，生產過程更加智能化。

7 結語

綜上所述，煉鐵高爐電氣自動化系統在鋼鐵企業的發展過程中起著中觀重要的作用，在企業智能化生產、節能降耗、產品質量提升等方面都發揮著不可替代的作用。因此對于鋼鐵企業的電氣技術人員來說，需要加大相關技術的研究力度，充分挖掘其潛能，推動鋼鐵企業的高爐生產長周期穩定運行。