王淑妍

（山東省萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

1 概述

江蘇某鋼廠高爐工程噴煤是2×1080m3高爐工程的一個(gè)子項(xiàng)目，為提高鐵產(chǎn)量、節(jié)焦降耗而開發(fā)的一個(gè)項(xiàng)目。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)高爐的噴吹的是粒狀的煤，噴吹效果差，而且對(duì)煤質(zhì)的要求比較高。在該工程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤粉的噴吹，大大節(jié)約了原料的成本，并且實(shí)現(xiàn)了各個(gè)系統(tǒng)的連鎖控制，噴吹過(guò)程中罐壓、噴吹量的PID調(diào)節(jié)，也大大節(jié)約了人力，實(shí)現(xiàn)了完全的自動(dòng)控制。

1.1 煙氣爐系統(tǒng)

系統(tǒng)為制粉系統(tǒng)提供干燥原煤和輸送煤粉的干燥氣，干燥氣為熱風(fēng)爐廢氣與煙氣爐煙氣的混合氣體，主要采用熱風(fēng)爐廢氣，不足熱量由煙氣爐煙氣補(bǔ)充。為了保證磨煤系統(tǒng)所需的一次風(fēng)量31000-53800Nm3/h，入口溫度180-250℃的混合干燥氣。熱風(fēng)爐廢氣與煙氣爐煙氣混合后，經(jīng)一臺(tái)高溫風(fēng)機(jī)吸送至磨煤機(jī)用以干燥原煤和輸送煤粉。為了保證磨煤系統(tǒng)所需的一定溫度、一定流量的一次混合干燥氣，必須實(shí)現(xiàn)干燥氣流量和溫度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使出口溫度處于規(guī)定值內(nèi)，并通過(guò)磨煤機(jī)出口溫度變化情況進(jìn)一步控制和調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口的熱風(fēng)爐廢氣調(diào)節(jié)閥的開度。

1.2 制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)主要包括給煤機(jī)系統(tǒng)、磨煤機(jī)系統(tǒng)、稀油站系統(tǒng)、布袋收塵器系統(tǒng)、主引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)。其中給煤機(jī)可以從上位機(jī)控制，也可以從設(shè)備帶來(lái)的PC控制。

1.3 噴吹系統(tǒng)

噴吹系統(tǒng)主要是及時(shí)向高爐輸送煤粉，每座高爐都設(shè)計(jì)有兩個(gè)噴吹罐，細(xì)煤粉利用自重從煤粉倉(cāng)落到噴吹罐中，并用氮?dú)獬鋲?。?dāng)一個(gè)噴吹罐裝滿煤粉并充壓到壓力設(shè)定值后，即準(zhǔn)備噴煤（作為待用罐）；當(dāng)另一個(gè)正在噴吹的噴吹罐（操作罐）一旦噴空時(shí)，待用罐就與煤粉輸送管道接通，在一個(gè)短暫的過(guò)渡時(shí)間后，噴空的操作罐開始卸壓，裝煤粉和再充壓的另一個(gè)循環(huán)。通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)倒罐的過(guò)程，補(bǔ)壓自動(dòng)控制，補(bǔ)氣自動(dòng)控制，自動(dòng)噴吹控制，空壓包氮壓包自動(dòng)壓力控制，高溫時(shí)自動(dòng)充氮降溫，故障時(shí)可實(shí)現(xiàn)安全聯(lián)鎖保護(hù)。

2 系統(tǒng)配置

該控制系統(tǒng)采用WINCC畫面監(jiān)控軟件和STEP7編程軟件對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控和自動(dòng)控制，主要實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝設(shè)備的自動(dòng)/手動(dòng)啟停及聯(lián)鎖保護(hù)、工藝數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和處理、PID回路的自動(dòng)調(diào)節(jié)、工藝畫面動(dòng)態(tài)顯示、歷史和實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示紀(jì)錄、緊急停噴報(bào)警等功能。該系統(tǒng)由煙氣爐、原煤儲(chǔ)運(yùn)、制粉、噴吹四部分組成，其中原煤儲(chǔ)運(yùn)、煙氣爐、制粉有一套PLC系統(tǒng)，AB罐噴吹一套單獨(dú)的PLC系統(tǒng)。該工程采用西門子系列可編程控制器，西門子系統(tǒng)是具有快速處理能力的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是模塊化、可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)，是用于工業(yè)和制造過(guò)程實(shí)時(shí)控制，具有體積小、內(nèi)存大、處理速度快、組態(tài)靈活和便利用戶支持的特點(diǎn)，在支持新技術(shù)的同時(shí)，提高了性能價(jià)格比。運(yùn)用STEP7軟件對(duì)PLC系統(tǒng)組態(tài)編程，STEP7即可以進(jìn)行復(fù)雜的儀控，又可以進(jìn)行常規(guī)的電氣控制。

每個(gè)控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。共設(shè)在同一個(gè)個(gè)控制室，兩臺(tái)上位機(jī)，各上位機(jī)之間通過(guò)交換機(jī)互聯(lián)，其中由于原煤儲(chǔ)運(yùn)控制室距另外的控制室較遠(yuǎn)，為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，兩臺(tái)交換機(jī)通過(guò)光纖介質(zhì)互聯(lián)，其他上位機(jī)及PLC之間通過(guò)雙絞線互聯(lián)。高壓變頻監(jiān)控站通過(guò)MB+網(wǎng)控制變頻器的頻率。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有兩種方式可以為將來(lái)與高爐聯(lián)網(wǎng)做準(zhǔn)備，一是交換機(jī)預(yù)留光纖口，通過(guò)光纖與高爐進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；一是通過(guò)CPU上的MB+口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，為以后的高爐聯(lián)網(wǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明化，具有不肯比擬的優(yōu)越性。

3 控制策略

3.1 安全性

由于煤粉是易燃易爆物品，因而在煤粉的生產(chǎn)、運(yùn)輸、噴吹的整個(gè)過(guò)程中，都要保證各環(huán)節(jié)的安全可靠性。主要是在全過(guò)程監(jiān)測(cè)、控制煤粉的溫度和粉塵中氧含量，在開、停機(jī)時(shí)進(jìn)行消防充氮。

3.2 參數(shù)控制強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)

從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性出發(fā)，參數(shù)量控制只要抓住幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)即可。一是控制磨煤機(jī)的給煤量和入磨一次風(fēng)量使風(fēng)煤比協(xié)調(diào)，二是根據(jù)高爐生產(chǎn)要求控制噴吹率。

3.3 邏輯聯(lián)鎖簡(jiǎn)繁適度

若邏輯聯(lián)鎖比較復(fù)雜的話，實(shí)際運(yùn)行中因電氣接點(diǎn)的故障而影響系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行的概率增大，尤其是因瞬間干擾而停機(jī)。因此要根據(jù)實(shí)際情況使邏輯聯(lián)鎖能簡(jiǎn)而不繁。

3.4 注意系統(tǒng)的易操作性和易維護(hù)性

制粉和噴吹的操作分別在各自的操作站上進(jìn)行，操作畫面豐富、易操作，對(duì)引起停機(jī)的故障進(jìn)行跟蹤記憶，在畫面上顯示，以便迅速排查處理。

4 控制調(diào)節(jié)

4.1 過(guò)程參數(shù)的調(diào)節(jié)

圖1 自動(dòng)程序框圖

生產(chǎn)過(guò)程中重要的參數(shù)均能隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)PID回路控制，使之維持在設(shè)定值左右，所有的PID回路都可以進(jìn)行PV跟蹤，無(wú)擾動(dòng)切換。所有進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)節(jié)的參數(shù)，我們均可在工藝畫面中顯示出來(lái)，使操作人員易于觀察和調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)回路有三種工作方式：自動(dòng)，半自動(dòng)，手動(dòng)。自動(dòng)：由PLC自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度。半自動(dòng)：由操作人員直接在畫面上調(diào)節(jié)閥門開度。手動(dòng)：由操作人員用手操器操作閥門開度，畫面上跟蹤此閥門開度

4.2 噴吹罐罐壓自動(dòng)調(diào)節(jié)

為了保證噴吹量的穩(wěn)定，須保持噴吹罐內(nèi)壓力的穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)節(jié)補(bǔ)壓調(diào)節(jié)閥的開度可保持罐壓在設(shè)定值。該調(diào)節(jié)可完全由PLC根據(jù)設(shè)定值，反饋值進(jìn)行PID運(yùn)算后輸出調(diào)節(jié)值。

4.3 噴吹量自動(dòng)控制

在一定的噴吹壓力下穩(wěn)定流化氮?dú)饬?，壓縮空氣補(bǔ)氣量的變化改變輸煤阻力和固氣比，此功能只需人工設(shè)定噴吹率設(shè)定值和罐壓，噴吹率調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)，補(bǔ)氣調(diào)節(jié)閥根據(jù)采樣數(shù)據(jù)，將設(shè)定噴吹率與實(shí)際噴吹率相比較，當(dāng)設(shè)定值〉實(shí)際值時(shí)，將閥位開大，當(dāng)設(shè)定值〈實(shí)際值時(shí)，將閥位開小。為了提高噴吹率，在工藝上采用了流化罐裝置，這對(duì)于控制噴吹率是有幫助的。自動(dòng)控制程序框圖如圖1。

4.4 自動(dòng)倒罐

為保障高爐噴吹制粉的連續(xù)進(jìn)行，每座高爐用兩個(gè)噴吹罐，當(dāng)一個(gè)罐噴吹制粉時(shí)，另一個(gè)罐做準(zhǔn)備工作待用，兩罐的工作轉(zhuǎn)換自動(dòng)進(jìn)行。

5 生產(chǎn)后的效果

該系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了近一年的使用，降低了對(duì)原料的要求，從而降低了生產(chǎn)的成本。在生產(chǎn)過(guò)程中增加了自動(dòng)控制的集成程度，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加壓、卸壓、噴吹和倒罐的控制，提高了該生產(chǎn)階段產(chǎn)品的配比精度，達(dá)到了預(yù)期的效果。

[1]張曉東.《冶金自動(dòng)化》[N]，2002（01）.