鋼鐵冶金電氣自動(dòng)化控制技術(shù)研究

熊 波

（首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鋼軋事業(yè)部， 貴州 六盤水 553028）

0 引言

鋼鐵冶金行業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，具有高污染、高能耗的特征，鋼鐵冶金生產(chǎn)流程需要消耗大量原材料，且流程較多，對(duì)資金、資源需求較高。當(dāng)前，自動(dòng)化控制技術(shù)已被很多鋼鐵冶金企業(yè)所使用，鋼鐵冶金電氣自動(dòng)化控制技術(shù)也不斷升級(jí)革新，在鋼鐵冶金工程管理、運(yùn)行、檢測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用，不僅對(duì)提高冶金質(zhì)量、突破冶金技術(shù)瓶頸具有促進(jìn)作用，還有助于更好地開展環(huán)境保護(hù)工作[1]。

1 鋼鐵冶金電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

鋼鐵冶金電氣自動(dòng)化控制技術(shù)是將電氣技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)鋼鐵冶金工業(yè)的智能化控制與數(shù)字化轉(zhuǎn)型[2]。鋼鐵冶金電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：

1）自動(dòng)化水平高。鋼鐵冶金工作環(huán)節(jié)眾多，單靠人力管理難免出現(xiàn)疏漏，應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)后，工作人員在相關(guān)設(shè)備上錄入?yún)?shù)，在參數(shù)控制下設(shè)備自動(dòng)開展鋼鐵冶金生產(chǎn)，不但能提高工作效率，還能減少人為因素引起的冶金質(zhì)量缺陷。

2）監(jiān)管效率高。鋼鐵冶金包含多個(gè)環(huán)節(jié)、多種工藝，各環(huán)節(jié)易受意外因素影響，工作人員必須對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，這就需要較多的人力負(fù)責(zé)不同的環(huán)節(jié)。而在應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)后，少量工作人員可借助設(shè)備對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行全面監(jiān)管，從而提高了監(jiān)管效率[3]。

3）現(xiàn)代化程度高。鋼鐵冶金電氣自動(dòng)化控制技術(shù)能在傳統(tǒng)鋼鐵冶金生產(chǎn)流程的基礎(chǔ)上優(yōu)化、精簡(jiǎn)一些環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量[4]。目前，各企業(yè)生產(chǎn)部門對(duì)工藝機(jī)械設(shè)備、控制流程的優(yōu)化方案不斷革新，電氣自動(dòng)化控制水平持續(xù)提升，將進(jìn)一步改良鋼鐵冶金生產(chǎn)體系，提高現(xiàn)代化生產(chǎn)能力[5]。

2 電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在鋼鐵冶金中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用環(huán)節(jié)

2.1.1 熔煉工藝

熔煉工藝是鋼鐵冶金工作的基礎(chǔ)工藝之一，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在該工藝中的應(yīng)用包括控制燃料、溫度、氧氣、電流等。電氣自動(dòng)化控制技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制溫度、氧氣、電流等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熔煉過程的自動(dòng)控制；工作人員可對(duì)硫含量、碳含量、溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)效率。此外，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)可減少操作失誤引起的安全隱患，提高生產(chǎn)安全程度。

2.1.2 軋制工藝

軋制工藝是將金屬材料加工成所需形狀、尺寸的工藝環(huán)節(jié)之一，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在該工藝中的應(yīng)用包括控制軋制力、控制軋制速度、控制張力和壓力等。此外，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)還可智能化管理軋制生產(chǎn)線，對(duì)軋制參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)調(diào)整。電氣自動(dòng)化控制技術(shù)還可對(duì)軋制過程進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)與預(yù)警，減少設(shè)備故障、生產(chǎn)事故。

2.1.3 焊接工藝

焊接工藝是將金屬材料連接起來的工藝，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在該工藝中的應(yīng)用包括控制焊接時(shí)間、控制焊接電流、控制焊接速度等。電氣自動(dòng)化控制技術(shù)可通過焊縫監(jiān)測(cè)等控制焊接質(zhì)量，并優(yōu)化焊接參數(shù)，滿足不同金屬材料的焊接需求。

2.1.4 表面處理工藝

表面處理工藝即將金屬表面加工成所需質(zhì)量的工藝，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在該工藝中的應(yīng)用包括控制表面涂裝、控制表面清潔度、控制表面拋光等。表面處理工藝涉及到除氧化層、增強(qiáng)表面附著力、清除污垢等環(huán)節(jié)，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)以上工藝步驟的智能化控制，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集，從而對(duì)冶金質(zhì)量進(jìn)行控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 主要技術(shù)類型

2.2.1 PLC 技術(shù)

PLC 系統(tǒng)是利用信息技術(shù)研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與可靠性。鋼鐵冶金行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)包括加量、除塵、吹氧、水循環(huán)等環(huán)節(jié)，采用先進(jìn)的PLC 控制系統(tǒng)能對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，掌握電網(wǎng)波動(dòng)和電網(wǎng)中斷的可能性，也能分析各參數(shù)變化。PLC技術(shù)在化學(xué)水處理環(huán)節(jié)的應(yīng)用較為普及，配置連接方便，該環(huán)節(jié)一般采用粒子交換法，需要對(duì)粒子進(jìn)行吸收，易出現(xiàn)運(yùn)行一段時(shí)間后粒子失效的問題，運(yùn)用PLC 技術(shù)則可及時(shí)掌握相關(guān)參數(shù)并提前做出預(yù)處理，保障環(huán)節(jié)作業(yè)的安全性、可靠性。

2.2.2 相關(guān)電氣元件

1）傳感器。在鋼鐵冶金中，傳感器包括壓力傳感器、溫度傳感器等類型，是關(guān)鍵檢測(cè)配置，可實(shí)時(shí)收集、測(cè)量信息，使工作人員對(duì)各作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、控制，確保達(dá)到生產(chǎn)要求的參數(shù)條件，保障冶金質(zhì)量和作業(yè)安全。例如，鍋爐上安裝的壓力傳感器具有壓力監(jiān)控作用，生產(chǎn)車間安裝的溫度傳感器可監(jiān)控鍋爐爐體和生產(chǎn)車間的溫度，還可通過溫度變化分析輻射值，或?qū)﹀懠?shí)際溫度、冶煉基礎(chǔ)溫度進(jìn)行探測(cè)，為生產(chǎn)調(diào)整提供幫助。

2）繼電器。繼電器可對(duì)電路進(jìn)行自動(dòng)控制、安全調(diào)整。繼電器是一種自動(dòng)開關(guān)，主要包括輸入和輸出線路，當(dāng)電路運(yùn)作出現(xiàn)問題時(shí)，自動(dòng)化控制模塊可斷開故障線路，避免問題惡化，可保障鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3）變頻器。變頻器是控制電流的有效工具，借助該工具可調(diào)整電源效率，轉(zhuǎn)換直流電和交流電。鋼鐵冶金企業(yè)的內(nèi)部過濾需使用專業(yè)變頻器進(jìn)行調(diào)整、控制、補(bǔ)水，確保鍋爐可以正常運(yùn)行。另外，使用變頻器進(jìn)行變頻補(bǔ)水能彌補(bǔ)以往傳統(tǒng)壓力罐的弊端，做到精確補(bǔ)水，節(jié)約生產(chǎn)空間。且鍋爐水循環(huán)泵變頻控制系統(tǒng)使用變頻器精確調(diào)節(jié)主管道壓力，可預(yù)防爆管，也可及時(shí)利用傳感器穩(wěn)定風(fēng)壓值，讓鍋爐內(nèi)燃料完全燃燒，還可減少煤炭、電力消耗。

4）斷電器。在鋼鐵冶金生產(chǎn)中，斷電器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跳閘、保護(hù)電路等作用。高壓斷電器包括高壓負(fù)荷、高壓隔離等功能結(jié)構(gòu)，若在生產(chǎn)中發(fā)生短路，高壓斷電器開關(guān)承受大量電流，則快速斷開負(fù)荷電路，完成跳閘。斷電器斷開電源后，還能自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備電路，分析出現(xiàn)問題的位置、原因。

3 鋼鐵冶金電氣自動(dòng)化控制技術(shù)改進(jìn)建議

3.1 系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制

目前，鋼鐵冶金企業(yè)都在采用電氣自動(dòng)化設(shè)備，但在自動(dòng)化控制技術(shù)方面還有一定不足。首先要做的就是增強(qiáng)系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性，部分軟件還不適配鋼鐵冶金作業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備箱，匹配度較低，對(duì)此，要完善硬件和軟件的匹配程度，調(diào)整軟件的兼容性。其次，通過數(shù)據(jù)分析替換一些始終難以兼容的軟件，再進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)細(xì)節(jié)。

3.2 集中監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控

集中監(jiān)控需要處理較大的信息量，若使用的處理器不佳就無法保證系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行。對(duì)此，可使用CAN總線技術(shù)設(shè)計(jì)集中控制功能，在保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的同時(shí)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)的靈活性。

遠(yuǎn)程監(jiān)控主要運(yùn)用無線傳感裝置，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，消除距離遠(yuǎn)引起的監(jiān)控阻礙，還可偵測(cè)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化，為設(shè)備運(yùn)行創(chuàng)造穩(wěn)定條件。

4 結(jié)語

鋼鐵冶金行業(yè)應(yīng)用電氣自動(dòng)化控制技術(shù)可優(yōu)化冶金生產(chǎn)流程，推進(jìn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，促進(jìn)冶金質(zhì)量與效率的提升。隨著時(shí)代的發(fā)展，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)會(huì)隨著鋼鐵冶金行業(yè)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)一體化和低成本，從而推動(dòng)鋼鐵冶金行業(yè)的不斷發(fā)展。