王福新 （天津市大象信息系統(tǒng)有限公司，天津 300384)

西門子PLC在熱風(fēng)爐系統(tǒng)中的應(yīng)用

王福新 （天津市大象信息系統(tǒng)有限公司，天津 300384)

根據(jù)某鋼廠熱風(fēng)爐系統(tǒng)的基本工藝要求，采用西門子400系列PLC實現(xiàn)了熱風(fēng)爐系統(tǒng)的自動控制，同時為過程自動化級（L2)提供及時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為全公司的ERP系統(tǒng)服務(wù)。經(jīng)過半年的生產(chǎn)實踐檢驗，達(dá)到了原設(shè)計的各項要求，驗證了應(yīng)用自動化技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然方向。

熱風(fēng)爐 燜爐 送風(fēng) 燃燒 自動化 控制

1 引言

1 350 m3高爐是某鋼鐵公司200萬t特殊鋼產(chǎn)能配套的重點工程，煉鐵工藝各主要工序包括熱風(fēng)爐系統(tǒng)均采用西門子PLC進(jìn)行控制。全系統(tǒng)采用UPS供電，除了基礎(chǔ)自動化（L1)級，還設(shè)有過程自動化（L2)級，并與公司ERP相接，具備遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。另外高爐中控室設(shè)有10塊60 in（2行×5列)DLP大屏幕組，既能監(jiān)控各工序的HMI畫面，又能替代傳統(tǒng)的工業(yè)電視功能。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計充分考慮到煉鐵各工序重要性、安全性和操作地點設(shè)置等多因素。核心工序的自動化系統(tǒng)采用具有環(huán)網(wǎng)功能的交換機(jī)，構(gòu)成光纖以太環(huán)網(wǎng)。其它輔助系統(tǒng)做為分支“掛接”在該環(huán)網(wǎng)上。

2 工藝概述

該鋼廠煉鐵系統(tǒng)共設(shè)3座旋切頂燃式熱風(fēng)爐，燃燒方式是中冶京誠公司的國家級專利。采用節(jié)能的助燃空氣及煤氣雙預(yù)熱技術(shù)，以盡量節(jié)約能源、提高熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度。燒爐采用低熱值高爐煤氣（該鋼廠沒有焦化工序，因此無焦?fàn)t煤氣)，工作制采用“單爐送風(fēng)，兩燒一送”。當(dāng)一座熱風(fēng)爐出現(xiàn)故障等情況時，也可實現(xiàn)“單燒單送”。

3 系統(tǒng)配置

3.1 熱風(fēng)爐自動化系統(tǒng)組成

熱風(fēng)爐自動化系統(tǒng)由1套PLC、2臺互為備用的HMI操作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。PLC采用西門子400 H系列的冗余雙CPU作為主站，I/O分站采用西門子300系列模塊，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，各個站之間通過PROFIBUS總線連接，操作站選用研華工控機(jī)，監(jiān)控軟件采用WINCC，用以實現(xiàn)熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)備控制及狀態(tài)監(jiān)視。熱風(fēng)爐的自動化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖1。

3.2 西門子主要硬件

400系列電源：2塊;

400

以太網(wǎng)CP模板：2塊;

300系列電源：7塊;

IM153模塊：14塊;

DI模塊：22塊;

DO模塊：11塊;

AI模塊：16塊;

AO模塊：3塊。

圖1 熱風(fēng)爐系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

4 控制方式及主要控制功能

為方便生產(chǎn)操作、最大程度地滿足工藝人員要求，該控制系統(tǒng)共設(shè)5種操作方式：全自動、單爐自動、聯(lián)鎖手動、解鎖手動、機(jī)旁手動。

熱風(fēng)爐控制主要包括：燃燒轉(zhuǎn)燜爐、燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)、送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒（中間經(jīng)過燜爐狀態(tài))3種轉(zhuǎn)換過程控制，以及雙預(yù)熱系統(tǒng)控制、高壓助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制、送風(fēng)溫度控制、助燃空氣與高爐煤氣流量控制、休風(fēng)控制、液壓站控制系統(tǒng)、潤滑站控制等。

該自動化系統(tǒng)除了能完成正常的設(shè)備及流程監(jiān)視、控制外，還提供了大量的設(shè)備事故報警及生產(chǎn)狀態(tài)異常報警，可打印各種生產(chǎn)報表、故障報警等。

4.1 控制過程

4.1.1 燃燒轉(zhuǎn)燜爐

單爐處于燃燒狀態(tài)，顯示“燃燒”信號;然后由操作人員發(fā)出“燃燒轉(zhuǎn)燜爐”指令，閥門按程序依次動作：關(guān)閉煤氣調(diào)節(jié)閥、煤氣切斷閥、助燃空氣調(diào)節(jié)閥、助燃空氣切斷閥、煤氣燃燒閥;打開煤氣放散閥、氮氣吹掃閥;關(guān)閉煙道閥。此時單爐處于燜爐狀態(tài)，完成燃燒轉(zhuǎn)燜爐。

4.1.2 燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)

單爐爐處于燜爐狀態(tài)，顯示“燜爐”信號。由操作人員發(fā)出“燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)”指令，閥門按程序依次動作：打開充壓閥,開到中間限位延時設(shè)定時間后，再全開充壓閥;打開冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥;關(guān)閉充壓閥。此時單爐處于送風(fēng)狀態(tài)，完成燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)。

4.1.3 燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)

單爐處于燃燒狀態(tài)，顯示燃燒信號。由操作人員發(fā)出“燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)”指令，閥門按程序依次動作：關(guān)閉煤氣調(diào)節(jié)閥、煤氣切斷閥、助燃空氣調(diào)節(jié)閥、助燃空氣切斷閥、煤氣燃燒閥;打開煤氣放散閥、氮氣吹掃閥;關(guān)閉煙道閥;打開充壓閥,開到中間限位延時設(shè)定時間后，再全開充壓閥;打開冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥;關(guān)閉充壓閥。此時單爐處于送風(fēng)狀態(tài)，完成燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)。

4.1.4 送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒

單爐處于送風(fēng)狀態(tài)，顯示“送風(fēng)”信號。由操作人員發(fā)出“送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒”指令，閥門按程序依次動作：關(guān)閉冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥;此時熱風(fēng)爐處于燜爐狀態(tài)，顯示“燜爐”信號，打開廢氣閥;當(dāng)煙道閥前后壓差小于設(shè)定值時，打開煙道閥;關(guān)閉廢氣閥、氮氣吹掃閥;打開煤氣燃燒閥;關(guān)閉煤氣放散閥;打開助燃空氣切斷閥、煤氣切斷閥、煤氣調(diào)節(jié)閥和助燃空氣調(diào)節(jié)閥。此時單爐處于燃燒狀態(tài)，完成送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒。

4.2 熱風(fēng)爐休風(fēng)操作

當(dāng)熱風(fēng)爐系統(tǒng)收到休風(fēng)指令后，熱風(fēng)爐才能執(zhí)行休風(fēng)操作。休風(fēng)操作順序（只能手動)：關(guān)閉混風(fēng)調(diào)節(jié)閥/混風(fēng)切斷閥、冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥;打開廢氣閥、倒流休風(fēng)閥。此時熱風(fēng)爐處于燜爐狀態(tài)，倒流休風(fēng)結(jié)束。操作人員解除“倒流休風(fēng)”信號，熱風(fēng)爐恢復(fù)正常狀態(tài)：關(guān)閉倒流休風(fēng)閥、廢氣閥;打開熱風(fēng)閥、冷風(fēng)閥、混風(fēng)切斷閥、混風(fēng)調(diào)節(jié)閥。

4.3 液壓潤滑系統(tǒng)

熱風(fēng)爐的液壓潤滑系統(tǒng)的主要設(shè)備包括2臺主油泵電動機(jī)、1臺循環(huán)油泵電動機(jī);液位控制器、數(shù)字溫控板、過濾器壓差開關(guān)、電加熱器等各1個;2個電磁溢流閥等。

熱風(fēng)爐液壓潤滑站的2臺主油泵可以在本地和遠(yuǎn)程啟動停止，2臺主油泵互為備用，當(dāng)系統(tǒng)工作壓力達(dá)到最低，且油位、油溫都滿足要求時，打開對應(yīng)的溢流閥，同時起動主油泵電動機(jī)，延時3 s，關(guān)閉溢流閥。

如果主油泵啟動5 s后系統(tǒng)壓力仍低于設(shè)定值，停止2臺主油泵，并發(fā)出報警信號。當(dāng)系統(tǒng)工作壓力達(dá)到最高工作壓力時，延時3 s，打開工作主油泵對應(yīng)的溢流閥,主油泵卸荷，直到工作壓力低于設(shè)定的最高壓力。電加熱器可以依油溫低報警自動啟動加熱，達(dá)到工作溫度自動停止加熱。

4.4 雙預(yù)熱系統(tǒng)

為節(jié)能和提高送風(fēng)溫度，采用了煙氣余熱回收裝置，對助燃空氣和高爐煤氣分別進(jìn)行預(yù)熱?？諝鈸Q熱器與煤氣換熱器前后有電動閥門，可以本地或遠(yuǎn)程操作，2臺換熱器側(cè)并聯(lián)旁路切斷閥，如果氣體溫度高于設(shè)定溫度，則自動打開旁路切斷閥。

4.5 助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用2臺高壓風(fēng)機(jī)，其中1臺為備用，可以本地或遠(yuǎn)程啟動停止。另外，機(jī)旁操作箱通過PLC系統(tǒng)控制。在助燃風(fēng)機(jī)送風(fēng)狀態(tài)下，保持風(fēng)機(jī)出口切斷閥全開，使用風(fēng)機(jī)風(fēng)門調(diào)節(jié)閥控制風(fēng)機(jī)出口壓力。

4.6 送風(fēng)溫度控制

在單爐處于送風(fēng)狀態(tài)下，保持冷風(fēng)閥全開狀態(tài)，使用混風(fēng)調(diào)節(jié)閥控制風(fēng)溫。操作人員可以比較熱風(fēng)目標(biāo)溫度和熱風(fēng)主管溫度，手動調(diào)節(jié)混風(fēng)閥的開度，即調(diào)節(jié)滲入的冷風(fēng)量，以實現(xiàn)風(fēng)溫控制由工長控制。

4.7 報警

煤氣壓力降到規(guī)定值，正在燃燒的熱風(fēng)爐由燃燒轉(zhuǎn)為燜爐。

助燃風(fēng)機(jī)突然停止或助燃空氣壓力降到規(guī)定值，或助燃空氣切斷閥突然關(guān)閉，正在燃燒的熱風(fēng)爐的燃燒閥和煤氣切斷閥自動關(guān)閉，前兩種情況亦要求同時關(guān)閉助燃空氣切斷閥。

所有熱風(fēng)爐的熱風(fēng)閥和混風(fēng)切斷閥未全部關(guān)閉以前不允許打開倒流休風(fēng)閥，倒流休風(fēng)閥未全關(guān)前不允許打開混風(fēng)切斷閥和熱風(fēng)閥。

當(dāng)熱風(fēng)爐拱頂溫度到一定數(shù)值時報警，提示停止燒爐。

5 結(jié)束語

該1 350 m3高爐自動化系統(tǒng)裝備先進(jìn)、選型檔次高、各種功能豐富、整體設(shè)計合理，代表著當(dāng)今高爐煉鐵自動化的先進(jìn)水平。熱風(fēng)爐作為煉鐵的一道工序，其自動化系統(tǒng)經(jīng)過半年的運行，從未出現(xiàn)過通訊故障、控制功能不穩(wěn)定等問題，完全達(dá)到了原設(shè)計的技術(shù)要求和工藝要求，且操作非常方便，受到用戶的好評，為高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的保證。

[1]馬竹梧.煉鐵生產(chǎn)自動化技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[2]劉玠.冶金過程自動化技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[3]周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

Application of Siemens PLC in Hot Air Stove System

Wang Fuxin

According to the basic process requirement of hot air stove system at a steel company,Siemens 400 series PLC was adopted to realize the automatic control of stove system and at the same time served ERP system for the entire company by providing timely and accurate data for process automation(L2).Half year's production practice proved that all original design requirement had been met and the adoption of automation technology is the inevitable direction for the development of modern industry production.

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（收稿 2011－06－16 責(zé)編 崔建華)

王福新，金屬塑性加工專業(yè)畢業(yè)，碩士研究生，主要從事冶金自動控制的實用開發(fā)工作，現(xiàn)任天津市大象信息系統(tǒng)有限公司副總經(jīng)理。