魏金輝

(承德鋼鐵集團(tuán)有限公司自動(dòng)化中心，河北 承德 067102)

熱風(fēng)爐是煉鐵生產(chǎn)的重要設(shè)備，充壓過(guò)程是指熱風(fēng)爐燃燒過(guò)程中，熱風(fēng)閥和冷風(fēng)閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，熱風(fēng)爐內(nèi)煙氣壓力在10kPa以下，遠(yuǎn)低于熱風(fēng)爐送風(fēng)系統(tǒng)壓力，閥板兩側(cè)承受很大壓差，熱風(fēng)爐由燃燒過(guò)程切換到送風(fēng)過(guò)程，必須從冷風(fēng)總管向熱風(fēng)爐內(nèi)充入冷風(fēng)，以均衡閥板兩側(cè)壓差，才能順利開(kāi)啟閥門(mén)。充壓過(guò)程靠充壓閥完成，接自充壓冷風(fēng)管道。充壓閥為電動(dòng)或液動(dòng)切斷閥，充壓閥僅有全開(kāi)或全關(guān)兩個(gè)閥位，熱風(fēng)爐充壓時(shí)，高爐入爐風(fēng)量突然減少，引起高爐內(nèi)壓力波動(dòng)，這種現(xiàn)象隨著熱風(fēng)爐每次換爐充壓呈周期性出現(xiàn)，對(duì)高爐操作不利。雖然有的充壓閥靠閥門(mén)定位器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)粗略的手動(dòng)開(kāi)度控制，但也無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)充壓的精確控制。充壓控制基本依靠操作人員經(jīng)驗(yàn)手工操作，充壓閥基本處于全開(kāi)狀態(tài)，由于操作員控制水平參差不齊，造成高爐爐頂壓力參數(shù)不穩(wěn)定，使高爐爐頂壓力產(chǎn)生巨大的波動(dòng)，影響高爐爐況的穩(wěn)定，這種情況至今沒(méi)有得到有效解決，對(duì)高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)非常不利。

筆者設(shè)計(jì)了一種熱風(fēng)爐充壓控制裝置，該裝置可以使高爐熱風(fēng)爐在充壓過(guò)程中處于全自動(dòng)控制狀態(tài)，減少充壓過(guò)程對(duì)高爐爐頂壓力的影響。

筆者設(shè)計(jì)的熱風(fēng)爐充壓控制裝置框圖如圖1所示，裝置由充壓冷風(fēng)管道、充壓閥(ZDRHO)、壓力檢測(cè)元件(EJA530A)、輸入模件(FM148A)、輸出模件(FM151A)、電源模件(FM910)、CPU控制器件(FM801)、接口模件(DFE530TXK和DES-1008)、總線底板模件(FM300)和顯示器件(IPC-510)構(gòu)成。其中：輸入模件、輸出模件、電源模件、CPU控制器件、接口模件、總線底板模件和顯示器件均為PLC或DCS系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)硬件。另外還包括限幅控制單元、充壓時(shí)間設(shè)定單元、設(shè)定曲線生成單元和軟伺服控制單元，軟件單元安裝在PLC或DCS系統(tǒng)的CPU控制器件上。

圖1 熱風(fēng)爐充壓控制裝置框圖

充壓冷風(fēng)管道的一端連接冷風(fēng)總管，另一端與熱風(fēng)爐連接，充壓冷風(fēng)管道上安裝充壓閥，充壓閥由開(kāi)關(guān)切斷閥改為調(diào)節(jié)切斷閥，充壓閥的閥位反饋信號(hào)與輸入模件連接，充壓閥的控制信號(hào)與輸出模件連接。在冷風(fēng)總管上安裝壓力檢測(cè)元件，壓力檢測(cè)元件的電信號(hào)與輸入模件連接，用于自動(dòng)充壓時(shí)的壓力控制，冷風(fēng)總管壓力可以代表高爐爐頂壓力，充壓時(shí)若冷風(fēng)總管壓力穩(wěn)定，即可保證高爐爐頂壓力穩(wěn)定。

輸入模件、輸出模件、電源模件、CPU控制器件和接口模件通過(guò)總線底板模件連接并安裝在總線底板模件上，電源模件提供工作電源。CPU控制器件是充壓裝置的控制核心，通過(guò)CPU控制器件控制限幅控制單元、充壓時(shí)間設(shè)定單元、設(shè)定曲線生成單元和軟伺服控制單元，通過(guò)輸出模件實(shí)現(xiàn)對(duì)充壓閥的自動(dòng)控制。限幅控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)充壓閥的安全控制，避免在自動(dòng)狀態(tài)下充壓對(duì)高爐爐頂壓力的影響；充壓時(shí)間設(shè)定單元用于根據(jù)熱風(fēng)爐大小和工藝操作制度來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整自動(dòng)充壓時(shí)間的設(shè)定功能；設(shè)定曲線生成單元用于產(chǎn)生充壓閥的時(shí)間與閥位開(kāi)度曲線。

設(shè)定曲線生成單元與軟伺服控制單元連接，開(kāi)度曲線作為軟伺服控制單元的閥位設(shè)定值，實(shí)際閥位反饋值作為軟伺服控制單元的測(cè)量值，軟伺服控制單元將充壓閥閥位自動(dòng)按設(shè)定曲線工作，對(duì)充壓進(jìn)行自動(dòng)控制并保持充壓期間高爐爐頂壓力穩(wěn)定的功能。

接口模件與顯示器件連接，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面，用于實(shí)現(xiàn)操作和監(jiān)視功能。接口模件可以是工業(yè)交換機(jī)、以太網(wǎng)模板或現(xiàn)場(chǎng)總線等。顯示器件可為工業(yè)計(jì)算機(jī)或工業(yè)觸摸屏等。

2 熱風(fēng)爐充壓控制方法

2.1 限幅控制單元設(shè)定

利用顯示器件，輸入冷風(fēng)總管壓力波動(dòng)允許上下限值(-100～100kPa可設(shè))，輸入充壓閥閥位開(kāi)度允許上限值(上限值為0%～100%可設(shè)，下限值為0，即全關(guān))。

2.2 充壓時(shí)間設(shè)定單元設(shè)定

利用顯示器件，輸入熱風(fēng)爐的自動(dòng)充壓時(shí)間(0～120min可設(shè))。

2.3 設(shè)定曲線生成單元生成設(shè)定曲線

利用顯示器件，輸入折點(diǎn)個(gè)數(shù)(1～50可設(shè))。時(shí)間數(shù)值：第1折點(diǎn)t1(0～120min可設(shè))、第2折點(diǎn)t2(0～120min可設(shè))，以此類(lèi)推最多可到t50。對(duì)應(yīng)的充壓閥閥位值：第1折點(diǎn)v1(0%～100%可設(shè))、第2折點(diǎn)v2(0%～100%可設(shè))，以此類(lèi)推最多可到最多可到v50。這樣可以產(chǎn)生0A-AB-BC-CD…的50段閥位值設(shè)定曲線。

2.4 軟伺服控制單元對(duì)充壓閥進(jìn)行自動(dòng)控制

設(shè)定曲線生成單元與軟伺服控制單元連接，閥位值設(shè)定曲線作為軟伺服控制單元的設(shè)定值，實(shí)際充壓閥閥位作為軟伺服控制單元的測(cè)量值。充壓結(jié)束后，充壓閥自動(dòng)關(guān)閉。

3 熱風(fēng)爐充壓控制方法實(shí)例

熱風(fēng)爐充壓控制裝置的閥位設(shè)定曲線如圖2所示(為4段折線)。

圖2 熱風(fēng)爐充壓控制裝置的閥位設(shè)定曲線

限幅控制單元設(shè)定：利用顯示器件輸入冷風(fēng)總管壓力波動(dòng)允許上下限值(-5～5kPa)；輸入充壓閥閥位開(kāi)度允許上限值為40%，下限值為0(即全關(guān))。

充壓時(shí)間單元設(shè)定：利用顯示器件輸入熱風(fēng)爐自動(dòng)充壓時(shí)間35min。

曲線單元生成設(shè)定：利用顯示器件輸入折點(diǎn)個(gè)數(shù)為4個(gè)。時(shí)間數(shù)值：第1折點(diǎn)t1=1min，第2折點(diǎn)t2=5min，第3折點(diǎn)t3=8min，第4折點(diǎn)t4=35min。對(duì)應(yīng)的充壓閥閥位值：第1折點(diǎn)v1=15%，第2折點(diǎn)v2=18%，第3折點(diǎn)v3=25%，第4折點(diǎn)v4=35%，這樣可以產(chǎn)生0A-AB-BC-CD的閥位值4段設(shè)定曲線。

軟伺服控制單元對(duì)充壓閥進(jìn)行自動(dòng)控制：設(shè)定曲線生成單元與軟伺服控制單元連接，閥位值設(shè)定曲線作為軟伺服控制單元的設(shè)定值，實(shí)際充壓閥閥位作為軟伺服控制單元的測(cè)量值，軟伺服控制單元自動(dòng)將充壓閥閥位按設(shè)定曲線工作。

充壓結(jié)束后，充壓閥自動(dòng)關(guān)閉(即閥位為0)。

通過(guò)以上控制方法實(shí)現(xiàn)了充壓閥的全自動(dòng)控制，高爐爐頂壓力波動(dòng)控制在-5～5kPa的范圍內(nèi)，未采用該方法時(shí)，充壓時(shí)爐壓波動(dòng)達(dá)到-30～10kPa，效果顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者將充壓閥由開(kāi)關(guān)切斷閥改為調(diào)節(jié)切斷閥，克服了以往充壓閥充壓時(shí)僅能全開(kāi)的弊端，通過(guò)壓力檢測(cè)元件和CPU控制器件對(duì)充壓冷風(fēng)管道的壓力進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)CPU控制器件和多種軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)充壓閥的充壓時(shí)間、閥位開(kāi)度及限制幅度等進(jìn)行全自動(dòng)充壓控制，按照預(yù)先設(shè)定好的閥位曲線進(jìn)行充壓作業(yè)，能夠?qū)犸L(fēng)爐進(jìn)行平穩(wěn)充壓，減少充壓過(guò)程對(duì)高爐爐頂壓力的影響，有利于高爐爐況的穩(wěn)定。本方法已在多座熱風(fēng)爐上使用，效果良好，解決了長(zhǎng)期困擾高爐的熱風(fēng)爐充壓造成的高爐爐頂不穩(wěn)定的問(wèn)題，保證了高爐生產(chǎn)的順利進(jìn)行，帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。