煉鐵高爐電氣自動化控制系統(tǒng)研究

楊春霞 張瑞娟

摘要：鋼材是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，房屋建筑、交通運輸、航空航天、軍事等都需要鋼材作為材料，隨著工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，對鋼材的需求量越來越大，對冶煉質(zhì)量的要求也越來越嚴格。為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要，必須對煉鐵工藝進行改革，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。高爐煉鐵技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了幾千年，是一種非常成熟和先進的煉鐵技術(shù)。因此，為適應(yīng)工業(yè)發(fā)展需要，提高高爐冶煉效率，保證鋼鐵產(chǎn)量和質(zhì)量，利用電氣自動控制系統(tǒng)對高爐冶煉操作進行精確控制，是提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑。另外，高爐煉鐵電氣自動化控制能在節(jié)省人力、物力和時間的前提下，更好地監(jiān)控和反饋鐵水冶煉控制的各個環(huán)節(jié)，保證高爐冶煉的安全、穩(wěn)定、高效運行，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：高爐煉鐵;電氣自動化;控制系統(tǒng);研究;分析

1高爐電氣自動化控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

在日常煉鐵作業(yè)中，電氣自動化控制系統(tǒng)一般采用開放式結(jié)構(gòu)。對于高爐電氣自動控制系統(tǒng)，設(shè)計煉鐵高爐電氣自動控制系統(tǒng)的基本思路是實現(xiàn)低生產(chǎn)成本、高生產(chǎn)性能，同時充分提高整體生產(chǎn)效率，更加節(jié)能。在煉鐵高爐電氣自動化控制中，控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性是最重要的。現(xiàn)代煉鐵高爐系統(tǒng)的設(shè)備往往不在同一地點，因此有必要保證設(shè)備布置的合理性，以減少電氣控制電纜等的使用，從而節(jié)約建設(shè)和維護成本，提高設(shè)備的性價比。煉鐵高爐電氣自動化控制采用分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以PLC系統(tǒng)為基本操作站，連接系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備、遠程控制和電氣系統(tǒng)，通過本地Internet采集現(xiàn)場設(shè)備運行數(shù)據(jù)并匯總到PLC、上位機。根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)，監(jiān)控人員可以對生產(chǎn)過程進行實時預(yù)測和調(diào)整，實現(xiàn)高爐運行的自動化管理和控制。為了提高整個系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，有必要采用PLC系統(tǒng)的等冗余配置，以避免鏈路故障影響整個系統(tǒng)的正常運行。

2煉鐵高爐電氣自動控制的各系統(tǒng)構(gòu)成

2.1自動控制系統(tǒng)。

將自動控制系統(tǒng)應(yīng)用于煉鐵高爐的運行中，可以對煉鐵過程中的各種參數(shù)，如風壓、風溫、流量等進行有效的監(jiān)測和控制，使高爐的工作狀態(tài)得到明確的界定。一般來說，高爐在運行過程中主要是利用電氣、儀表和PLC、計算機來完成綜合控制。輔助系統(tǒng)實際上是負責確定控制難度的具體工作，一般會采用繼電器或PLC系統(tǒng)監(jiān)控自動化系統(tǒng)。監(jiān)控人員可以結(jié)合模擬畫面查找歷史趨勢的手段，然后判斷確定設(shè)備的運行情況，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運行中出現(xiàn)問題，需要工作人員采取相應(yīng)的措施及時處理，以保證現(xiàn)場設(shè)備的正常運行，及員工的人身安全。控制人員可以通過計算機對各種設(shè)備和閥門開關(guān)進行遠程控制，從而調(diào)整高爐的實際情況。

2.2高爐傳動控制系統(tǒng)。

在高爐傳動系統(tǒng)中，會用到各種高低壓傳動設(shè)備，如皮帶機電機、風機電機、探尺電機等。在具體的運行控制中，通常采用交、直流調(diào)速方式，尤其以交-直-交變頻調(diào)速方式最為普遍。同時，為了進一步提高運行中高爐傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少故障的發(fā)生，通常在調(diào)速系統(tǒng)中進行冗余設(shè)置，增加與控制裝置相同的變頻器作為備用，如果主控裝置出現(xiàn)故障，可由后備控制裝置切換進行控制，保證整個傳動系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3自動熱風爐系統(tǒng)。

在煉鐵高爐生產(chǎn)中，熱風系統(tǒng)必須進行燃燒、燜爐、送風三道工序，以保證煉鐵過程對熱風的需求。熱風爐有三種工作方式：全自動、半自動和手動操作。在全自動模式下，熱風爐能在設(shè)定的工作模式下自動優(yōu)化調(diào)整高爐內(nèi)的燃燒過程，同時能記錄燃燒過程中爐頂溫度、冷風流量、煤氣流量等的變化，來控制高爐的實時運行，工作人員進行掌握和控制，來及時處理異常情況，保證高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。

2.4高爐生產(chǎn)過程中原料系統(tǒng)自動化控制。

原料自動化系統(tǒng)經(jīng)過長期發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，該系統(tǒng)在高爐生產(chǎn)中能夠根據(jù)記錄料倉中原料輸入和輸出值，從而計算出加入到高爐內(nèi)原料的數(shù)量，這樣就可以及時掌握高爐生產(chǎn)中的各種原材料量。（原料）自動化系統(tǒng)就能夠通過自身的精確計算而完成對整個高爐原材料稱量的有效管控。其具體操作過程如下：（1）計算機控制系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定的原料供給品種來自動設(shè)置相應(yīng)的裝料量。（2）稱量料斗中的具體質(zhì)量會通過負荷傳感器檢測出來，并且通過PLC控制程序的計算完成對實際物料量和設(shè)定量值的對比，當實際量達到設(shè)定量的95%時，就會指示給料機停止給料，通過余振完全達到設(shè)定值。（3）當實際量完全達到設(shè)定量時，計算機控制系統(tǒng)就會發(fā)出‘滿”信號，同時還會記錄此時稱量值。（4）如果因為設(shè)備故障而導(dǎo)致上述信號無法發(fā)出，或者給料機無法停止，就會迅速做出備用停運指令，避免影響高爐生產(chǎn)。（5）在放料結(jié)束后，料斗閘門就會關(guān)閉，同時在計算機中也會發(fā)出稱量斗為0的空信號，并把相關(guān)指令傳輸?shù)綄?yīng)的電氣設(shè)備，之后計算機系統(tǒng)就會按照既定的原料值來精確完成給料稱量控制。

2.5自動監(jiān)控系統(tǒng)。

煉鐵高爐電氣自動化操控系統(tǒng)還應(yīng)該建立一個單獨的監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過合理的設(shè)計工藝畫面模塊，可以仔細的記錄煉鐵高爐工作過程中的數(shù)據(jù)，全面的了解全部設(shè)備運行的情況，同時還可以使各種數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)共享，使有關(guān)工作人員可以發(fā)現(xiàn)煉鐵高爐工作過程中出現(xiàn)的問題并給予及時的處理，以便于可以對煉鐵高爐自動化控制系統(tǒng)的實際運轉(zhuǎn)情況全面的了解，保證電氣自動化系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，在一定程度上推動生產(chǎn)作業(yè)的順利開展。

3電氣自動化對高爐生產(chǎn)的影響

目前一些處于粗放型管理階段，還不能實現(xiàn)精細化管理要求，還存在技術(shù)數(shù)據(jù)采集周期長、利用率低等問題，上級管理部門無法第一時間獲取信息反饋，導(dǎo)致不能及時地做出管理決策;上級部門因無法掌握全面的生產(chǎn)信息，難以系統(tǒng)準確地對生產(chǎn)情況做出分析;大量數(shù)據(jù)需要人工二次采集、輸入、計算，工作量大，工作效率低等，而利用信息技術(shù)手段和電氣自動控制系統(tǒng)將高爐煉鐵自動化以后，以上問題都得到了很好的解決，由自動監(jiān)控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)十分詳盡并且留有記錄，避免了人工采集的費時費力以及疏漏可能，有效地保證了生產(chǎn)的順利進行，從節(jié)約成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量到提升工作效率各方面都起到了積極的作用。

4現(xiàn)階段高爐自動控制系統(tǒng)的發(fā)展和升級方向

在現(xiàn)階段為了更好滿足高爐生產(chǎn)的實際要求，在當下高爐自動化控制系統(tǒng)一般都會選擇開放性設(shè)計，但是其必須以系統(tǒng)的穩(wěn)定性和合理性為前提，并盡可能降低成本造價，增強系統(tǒng)的性價比。雖然在當下自動控制技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)等日新月異，智能化、自動化程度越來越高，這也為高爐電氣自動控制系統(tǒng)提供了今后的發(fā)展方向，奠定了今后的發(fā)展基調(diào)。在今后應(yīng)該重視對智能電子設(shè)備、遠程控制、互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)燃夹g(shù)設(shè)備的有效應(yīng)用和全面開發(fā)，將其作用和價值充分發(fā)揮到高爐電氣自動化控制系統(tǒng)中，積極拓展系統(tǒng)應(yīng)用范圍，豐富系統(tǒng)功能，不斷提高高度電氣自動化控制系統(tǒng)的智能化和自動化程度，為高爐煉鐵生產(chǎn)提供更加高效、穩(wěn)定的控制保障，為鋼鐵冶金企業(yè)經(jīng)濟效益和自身的可持續(xù)發(fā)展做出有效貢獻。

5結(jié)論

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，煉鐵高爐電控系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，不僅大大提高了高爐冶煉質(zhì)量，而且生產(chǎn)出了更多優(yōu)質(zhì)鋼材產(chǎn)品，有效降低了能源損失，實現(xiàn)了節(jié)能減排目標，減少了環(huán)境污染，為鋼鐵企業(yè)帶來了更大的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。在冶煉過程中，工作人員要有效的分析和合理的控制煉鐵高爐電氣自動控制系統(tǒng)，包括爐頂供料系統(tǒng)、熱風爐系統(tǒng)等，不斷提升電氣自動控制系統(tǒng)應(yīng)用的效率，以此不斷提升高爐煉鐵的工作效率，促進冶煉行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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