一種高爐煉鐵噴煤裝置

蘇愛民

摘要：高爐噴煤是現代高爐煉鐵生產廣泛采用的新技術，同時它還是現代高爐爐況調節所不可缺少的重要手段之一。噴吹煤粉日益受到各個國家或地區的高度重視。這項技術在近幾十年中取得了明顯的進步，而且，在相關的煉鐵新工藝中，也不斷地得到了推廣和應用。本系統由西門子S7-300系列PLC組成，采用WinCC軟件實現實時監控。該系統實現了對過程數據的實時監控，故障信號的報警記錄，歷史數據的歸檔及對現場設備的自動控制。該系統投運以來，充分發揮了PLC的控制可靠的優點，運行穩定，安全可靠，從而提高了生產效本。

關鍵詞：發展趨勢；組成；設計；改進

1 高爐噴煤技術發展趨勢

高爐噴煤技術是鋼鐵生產過程中大幅度降低焦比和生鐵生產成本的重要技術措施，同時也是推動鋼鐵生產工藝流程技術更新升級的核心力量。自20世紀80年代初，高爐噴煤技術在鋼鐵生產工藝中得到廣泛推廣使用以來，在大量研發人員的共同努力下，各國鋼鐵廠的高爐噴煤量也有了很大提高。我國經過最近十來年的研發和工程實踐，高爐噴煤技術也取得了很多令人滿意的成果，推動鋼鐵生產的快速發展。富氧噴煤技術、氧煤噴吹技術、粒煤噴吹和配煤混合噴吹技術等新技術在鋼鐵生產高爐噴煤系統中得到廣泛推廣應用。高爐噴煤系統由于工作原理復雜、專業性較強等因素的影響，在鋼鐵生產自動控制系統中具有非常重要的地位，因而對整個高爐噴煤系統各環節動作保護的可靠性、靈敏性、精確性等均有很高的要求。高爐噴煤系統雖然整體結構較為復雜，但是各電氣設備相互間的連鎖工作原理較為簡單，工藝流程較為系統。隨著各種噴煤技術的不斷開發和在工程實踐中的廣泛推廣應用，高爐噴煤控制過程均離不開相應的自動控制系統，也就是說相應技術的產生必須有對應控制系統模型作為支撐，以發揮出其應有的功能效果。因此，在結合高爐噴煤系統的總體流程方案的基礎上，構筑高效精確的高爐噴煤自動控制數據模型和計算機可視化監視控制系統是鋼鐵企業自動控制工作人員研究的一個重要課題。

2 高爐噴煤自動化控制系統的組成

高爐噴煤自動化控制系統包括兩套PLC控制站，高爐噴煤PLC控制站和焦爐煤氣加壓站PLC控制站。高爐噴煤PLC控制站位于高爐主控室，焦爐煤氣加壓站PLC控制站位于焦爐煤氣加壓站控制室。2套PLC控制站之間通過光纖以太網進行聯接，實現數據交換和共享，同時都為企業的能源管理中心預留了光纖以太網接口。每套PLC控制站選用羅克韋爾公司ControlLogix5000系列PLC產品。所有控制站支持雙機熱備的冗余配置，即主控機架的處理器、電源、框架、遠程I/O通訊網絡、上位監控網絡完全按照冗余配置。PLC控制站與HMI操作站之間采用工業以太網EtherNet聯接；控制站內部CPU主機架與遠程I/O機架之間采用冗余的控制層網絡ControlNet聯接。

3 系統與應用軟件設計

主要硬件設備：西門子S7-300可編程控制器兩套、上位機四臺。西門子S7-300可編程控制器采用模塊化結構。硬件損壞時更換方便，組態軟件SIEMENS STEP 7 V5.3；WINCC 6.0。按工藝要求編制相應的控制軟件，主要實現以下功能①制粉系統：設備安全連鎖控制；煙氣爐燃燒溫度控制；磨煤機入口溫度控制；熱煙氣二次冷風控制；給煤機下煤量控制；布袋收粉器入口溫度控制；中速磨入口負壓控制；中速磨出口溫度控制；各工藝參數測量顯示；操作數據設定；設備狀態監視。②噴吹系統：噴吹罐自動裝煤控制；噴吹罐自動倒罐控制；噴吹罐自動放散控制；噴吹罐補壓控制；噴吹罐流化控制；噴煤量控制；工藝參數顯示；設備安全連鎖控制；設備狀態監控；班報日報等。

4 技術改進

模糊邏輯是一種處理不確定性、非線性問題的有力工具，它比較適合于表達那些模糊或定性的知識。神經網絡具有并行計算、分布式信息存儲、容錯能力強以及具備自適應學習能力等一系列優點。模糊邏輯與神經網絡結合，使得網絡中各個結點及所有參數均有明顯的物理意義，因此這些參數的初值可以根據系統的模糊活定性的知識來加以確定，然后利用學習算法可以很快收斂到要求的輸入輸出關系。

4.1 儀表自動調整

通過到處搜集資料，查詢相關信息，了解到當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其他技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。這種技術恰恰符合制粉氣體循環回路的控制方式，于是決定在單一控制的基礎上，配合使用PID調解技術，使操作人員從頻繁的設定閥門開度、操作閥門動作中解脫出來，解決其他設備的棘手問題；同時使閥位調整擺脫人為因素的控制，設備的運行失誤率就低，也加快了設備的反映速度，提高了生產效率，使制粉總量在相同的時間內得到增加，繼而使噴煤數量及質量都提高。

4.2 噴吹量精確

單獨采用的流量檢測，噴吹量的數值累計可以根據流量數值大小來進行自動調節，但是當檢測設備出現故障而無法顯示流量檢測數值時，自動調節就無法實現。單獨采用噴吹量的重量檢測，通過采集上千組數據，發現噴吹量的大小、旋轉給料機的轉速、變頻器的頻率三者之間存在著一定的數值比例關系，即Y=KX+B，其中Y為實際噴吹量，X為變頻器的頻率，B為擾動量，固定變頻器的頻率為8HZ、10HZ、15HZ、20HZ、25HZ、30HZ、40HZ時，分別計算K系數，然后取其平均值，得到實際的噴吹量與變頻器頻率之間的一定的函數關系，但在實際調試過程中，由于現場的震動，采樣數值往往波動較大，給自動調節帶來一定的困難，采用峰谷值相抵法，當出現較大的峰值或較小的谷值時，通過計算來處理這類數據，將其穩定在設定值范圍內，這樣通過比較來進行自動調節，系統穩定性大大增強。于是采用以上兩種控制方式相結合，如選擇重量控制時，流量檢測可作為參考，若選擇流量控制時，重量變化可作為參考，二者可進行相互修正，更能保證噴煤量的準確。兩種控制方式相結合，數據的采集過程穩定、精度提高，制粉、噴煤乃至高爐的生產效率與產量都得到大幅度的提高。

5 結語

自動化控制系統，是目前電氣控制系統較關鍵的系統。隨著工業現代化的發展，生產規模越來越大，勞動生產率及產品質量的要求不斷提高，對控制系統的可靠性也提出了更高的要求，原有“繼電控制系統”逐步被淘汰。現代工業自動化生產設計的設計已擴大到PLC的應用領域。冶金施工企業在電氣自動化施工中必須對PLC的設計和運行進行很好的掌握，才能加快施工進度和節約成本。

參考文獻：

[1]胡建.西門子S7-300/400 PLC工程應用.北京航空航天大學出版社.2011.9.

[2]廖常初.S7-300 PLC應用技術.機械工業出版社.2007.9.

（作者單位：河鋼宣鋼煉鐵廠）