淺析煉鐵高爐的自動控制系統(tǒng)

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對鋼鐵的產(chǎn)能與產(chǎn)品質(zhì)量要求也一直在不停的提高，這加速了鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展。文章主要是對高爐的電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹，首先對高爐生產(chǎn)工藝進(jìn)行了簡介，其次對高爐自動化過程控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹，之后分別對高爐本體控制系統(tǒng)、高爐傳動控制系統(tǒng)、熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)的監(jiān)測與控制進(jìn)行淺析介紹，最后結(jié)論是高爐煉鐵采用電氣自動控制系統(tǒng)增強了鋼鐵企業(yè)的競爭力，能夠為社會和企業(yè)帶來巨大的效益。

關(guān)鍵詞：煉鐵；高爐；電氣自動化控制

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對鋼鐵的產(chǎn)能與產(chǎn)品質(zhì)量要求也一直在不停的提高。眾所周知，在鋼鐵生產(chǎn)過程中，煉鐵是核心部分，高爐的出鐵產(chǎn)能和鐵水質(zhì)量關(guān)系到下游成品鋼材的產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，因此高爐運行情況是鋼鐵生產(chǎn)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)過程中，高爐煉鐵不能出現(xiàn)停滯情況，需要一直連續(xù)作業(yè)，同時，高爐生產(chǎn)溫度高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，需要配套的電氣自動化系統(tǒng)對整個高爐生產(chǎn)進(jìn)行操作控制。高爐電氣自動化控制是在無人直接參與的狀態(tài)下，運行儀表檢測和自動控制手段對一些機械設(shè)備進(jìn)行工序過程控制。目前，大型現(xiàn)代化高爐全部是使用儀表檢測控制系統(tǒng)、電氣自動化控制系統(tǒng)以及計算機監(jiān)控管理的過程控制來完成高爐生產(chǎn)。儀表檢測控制系統(tǒng)和電氣自動化控制系統(tǒng)通過DCS或PLC系統(tǒng)完成。

2 高爐工藝簡介

高爐可將鐵礦石球團與焦炭混合，通過氧化還原反應(yīng)生成生鐵與其他產(chǎn)物。高爐煉鐵在爐料由上而下，煤氣由下而上接觸反應(yīng)，是個連續(xù)的生產(chǎn)過程。爐料從爐頂裝進(jìn)爐內(nèi)，將從熱風(fēng)爐加熱到1000°C以上的熱風(fēng)從進(jìn)風(fēng)口由鼓風(fēng)機送入高爐內(nèi)，爐料內(nèi)的焦炭進(jìn)行燃燒，生成高溫的還原性氣體，并加熱緩慢下落的爐料，還原鐵礦石球團，變?yōu)殍F。鐵礦石上升到一定溫度后，鐵水熔化滴落，鐵礦石中其他物質(zhì)變?yōu)殍F渣，實現(xiàn)渣鐵分離。上升的煤氣流將熱能傳導(dǎo)至爐料，溫度降低，形成高爐煤氣。

3 高爐自動化過程控制系統(tǒng)

高爐過程控制是根據(jù)儀表采集獲得的檢測數(shù)據(jù)，對高爐運行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判，從而實現(xiàn)對高爐的全程控制。高爐自動化過程控制系統(tǒng)要求運行安全可靠，能夠滿足生產(chǎn)需求。其依據(jù)設(shè)計原則，結(jié)合高爐生產(chǎn)運行原理及總結(jié)出的經(jīng)驗和技術(shù)。采用儀表檢測、計算機監(jiān)控，實現(xiàn)高爐生產(chǎn)全方位工序的監(jiān)測與過程控制。主要包含數(shù)據(jù)的采集和處理、自動控制、顯示數(shù)據(jù)和波形記錄等。高爐過程控制系統(tǒng)的特點為集中操控和分散控制。為實現(xiàn)降低成本、減少電纜使用及方便點檢維護，自動化設(shè)備主站與遠(yuǎn)程分站主要采用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。高爐過程控制系統(tǒng)每一個子控制系統(tǒng)相互獨立，通過PLC系統(tǒng)，將每一個子控制系統(tǒng)作為一個基本的控制站，以PLC為控制核心，通過網(wǎng)絡(luò)銜接整個系統(tǒng)，能夠較好的實現(xiàn)高爐過程控制操作。為保證高爐整個工序過程安全可靠運行，各控制站采用LK冗余系統(tǒng)，其包括電源、CPU、總線的冗余，并且所有運行模件支持熱插拔，能夠保證高爐在生產(chǎn)過程中更加安全、可靠。

系統(tǒng)采用PLC為基本控制站，上位機為操作站，基本控制站對高爐煉鐵的機械設(shè)備、儀表檢測出的工藝參數(shù)和整個設(shè)備的工序過程進(jìn)行操作和控制。操作站對儀表檢測出的工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)現(xiàn)場實際運行狀況對整個高爐生產(chǎn)過程進(jìn)行判斷和干預(yù)。上位機與上位機或上位機與PLC之間使用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，選用以太網(wǎng)的前提是必須滿足上位機與上位機或上位機與PLC之間通訊運行可靠。PLC相互之間或PLC與遠(yuǎn)程站之間使用現(xiàn)場總線（如Profibus-DP）進(jìn)行連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性與可靠性。

4 高爐本體控制系統(tǒng)

高爐本體控制系統(tǒng)包括基本控制站和操作站組成。系統(tǒng)的基本控制站由儀表檢測元件通過控制設(shè)備對整個高爐本體進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測和過程控制。

高爐本體的數(shù)據(jù)檢測和過程控制主要包括：爐內(nèi)運行監(jiān)測、高爐運行過程操作、高爐本體及人員保護等。高爐本體控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高爐本體的工藝數(shù)據(jù)采集和工序過程控制，由檢測儀表、信號處理、基本控制模板（PLC）和上位機（計算機軟硬件）構(gòu)成。通過上位機能夠顯示所需高爐本體相關(guān)的壓力、流量、液位、溫度等物理量，可將這些物理量反映至工藝運行流程和過程控制的顯示控制畫面中，并將其顯示至工藝數(shù)據(jù)列表和歷史運行趨勢上，方便查看和分析高爐過程運行工況。高爐本體通過PLC編程實現(xiàn)風(fēng)溫、風(fēng)壓等物理量的PID自動調(diào)節(jié)與控制，對PID參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，控制混風(fēng)閥裝置調(diào)節(jié)，并在上位機畫面上顯示設(shè)定的數(shù)據(jù)、實際的數(shù)據(jù)和閥門開度等。

5 高爐傳動控制系統(tǒng)

高爐傳動控制系統(tǒng)可使用交直流調(diào)速實現(xiàn)機組設(shè)備運行。高爐傳動系統(tǒng)包括低壓傳動和高壓傳動設(shè)備，低壓傳動包括上料卷揚機電機、布料器傾動電機、布料器旋轉(zhuǎn)電機、探尺電機等；高壓傳動設(shè)備包括離心鼓風(fēng)機電機、礦槽除塵主引風(fēng)機電機、凈環(huán)給水泵電機。

交流調(diào)速控制技術(shù)逐漸發(fā)展完善，基于交流電機結(jié)構(gòu)簡單，維護量小等優(yōu)點，目前，高爐傳動系統(tǒng)一般采用交流調(diào)速系統(tǒng)。一般高爐傳動控制系統(tǒng)多采用交-直-交變頻調(diào)速控制。為確保高爐傳動控制的安全可靠性，將故障影響降低至最小程度，可以將調(diào)速裝置像PLC系統(tǒng)一樣設(shè)置稱為冗余的形式，即可增加與所傳動控制相同型號、功率的一臺變頻器，設(shè)置為主/備用方式，通過控制切換，若主變頻器出現(xiàn)故障，可迅速自動投用備用裝置來替換主裝置，這樣，使得傳動系統(tǒng)運行穩(wěn)定，便于維護。

6 熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)

熱風(fēng)爐是高爐系統(tǒng)的重要設(shè)備，其作用是為高爐不間斷的供給1000℃以上的熱風(fēng)。一般高爐都有3-4座熱風(fēng)爐，每個熱風(fēng)爐工作循環(huán)包括三個過程，它們分別是燃燒，換爐和供風(fēng)，這確保了熱風(fēng)能夠連續(xù)進(jìn)入高爐，以滿足高爐的需要。熱風(fēng)爐是將外部的空氣預(yù)熱，這就是其在高爐系統(tǒng)的主要作用。另外，適當(dāng)?shù)脑O(shè)定燃燒控制系統(tǒng)和換爐控制系統(tǒng)，能夠增加蓄熱能力，提高送風(fēng)溫度，這樣可以使得熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)的潛能提升，更好地滿足工藝要求，確保了熱風(fēng)爐設(shè)備的安全性，提高了熱效率，降低了能耗。熱風(fēng)爐的動作可以大致分為三類：全自動控制，半自動控制，人工手動控制，為了進(jìn)一步提高風(fēng)溫，利用熱風(fēng)爐廢煙氣把助燃空氣和高爐煤氣預(yù)熱，提高30℃左右風(fēng)溫。

7 自動控制系統(tǒng)的監(jiān)測與控制

為使得現(xiàn)場操作的數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r的記錄和對高爐控制系統(tǒng)運行進(jìn)行高效的監(jiān)測與控制，一般采用自動控制系統(tǒng)的檢測與控制技術(shù)對集中控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測與控制。被監(jiān)控的內(nèi)容包括：首先是監(jiān)控工業(yè)設(shè)計體系，其次監(jiān)控所有設(shè)備的運行，可以快速發(fā)現(xiàn)問題，并使相關(guān)人員能夠盡快應(yīng)對問題。當(dāng)然，控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，以便能夠做到各系統(tǒng)的運行監(jiān)視，這樣可以降低故障率，并且系統(tǒng)的安全性和可靠性得到不斷改善，整個生產(chǎn)過程將更加安全可靠。

8 結(jié)束語

通過電氣自動控制系統(tǒng)對高爐煉鐵操作進(jìn)行控制，不僅提高了高爐的工作效率，提升了人工勞效，降低了人員操作失誤，而且優(yōu)化了高爐煉鐵工藝，并使其操作趨于簡單化。因此，高爐煉鐵采用電氣自動控制系統(tǒng)增強了鋼鐵企業(yè)的競爭力，能夠為社會和企業(yè)帶來巨大的效益。

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