李曉鵬　張青旺

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)鋼鐵的產(chǎn)能與產(chǎn)品質(zhì)量要求也一直在不停的提高，這加速了鋼鐵行業(yè)的快速發(fā)展。高爐噴吹焦?fàn)t煤氣的工藝越來越廣泛應(yīng)用于我國冶金企業(yè)，而自動(dòng)化控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高爐噴吹焦?fàn)t煤氣工藝目標(biāo)不可缺少的控制解決方案。本文介紹了高爐噴煤技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、以及高爐噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成和功能。

關(guān)鍵詞：高爐；噴煤；自動(dòng)控制

一、高爐噴煤技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

高爐噴煤技術(shù)是鋼鐵生產(chǎn)過程中大幅度降低焦比和生鐵生產(chǎn)成本的重要技術(shù)措施，同時(shí)也是推動(dòng)鋼鐵生產(chǎn)工藝流程技術(shù)更新升級(jí)的核心力量。自20世紀(jì)80年代初，高爐噴煤技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)工藝中得到廣泛推廣使用以來，在大量研發(fā)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(jīng)過最近十來年的研發(fā)和工程實(shí)踐，高爐噴煤技術(shù)也取得了很多令人滿意的成果，推動(dòng)鋼鐵生產(chǎn)的快速發(fā)展。富氧噴煤技術(shù)、氧煤噴吹技術(shù)、粒煤噴吹和配煤混合噴吹技術(shù)等新技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)高爐噴煤系統(tǒng)中得到廣泛推廣應(yīng)用。高爐噴煤系統(tǒng)由于工作原理復(fù)雜、專業(yè)性較強(qiáng)等因素的影響，在鋼鐵生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有非常重要的地位，因而對(duì)整個(gè)高爐噴煤系統(tǒng)各環(huán)節(jié)動(dòng)作保護(hù)的可靠性、靈敏性、精確性等均有很高的要求。高爐噴煤系統(tǒng)雖然整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是各電氣設(shè)備相互間的連鎖工作原理較為簡單，工藝流程較為系統(tǒng)。隨著各種噴煤技術(shù)的不斷開發(fā)和在工程實(shí)踐中的廣泛推廣應(yīng)用，高爐噴煤控制過程均離不開相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，也就是說相應(yīng)技術(shù)的產(chǎn)生必須有對(duì)應(yīng)控制系統(tǒng)模型作為支撐，以發(fā)揮出其應(yīng)有的功能效果。因此，在結(jié)合高爐噴煤系統(tǒng)的總體流程方案的基礎(chǔ)上，構(gòu)筑高效精確的高爐噴煤自動(dòng)控制數(shù)據(jù)模型和計(jì)算機(jī)可視化監(jiān)視控制系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)自動(dòng)控制工作人員研究的一個(gè)重要課題。

二、高爐噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成

高爐噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括兩套PLC控制站，高爐噴煤PLC控制站和焦?fàn)t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?fàn)t煤氣加壓站PLC控制站位于焦?fàn)t煤氣加壓站控制室。2套PLC控制站之間通過光纖以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享，同時(shí)都為企業(yè)的能源管理中心預(yù)留了光纖以太網(wǎng)接口。

每套PLC控制站選用羅克韋爾公司ControlLogix5000系列PLC產(chǎn)品。所有控制站支持雙機(jī)熱備的冗余配置，即主控機(jī)架的處理器、電源、框架、遠(yuǎn)程I/O通訊網(wǎng)絡(luò)、上位監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)完全按照冗余配置。

PLC控制站與HMI操作站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet聯(lián)接；控制站內(nèi)部CPU主機(jī)架與遠(yuǎn)程I/O機(jī)架之間采用冗余的控制層網(wǎng)絡(luò)ControlNet聯(lián)接。

三、高爐噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能

1、煤氣加壓功能

煤氣加壓站PLC系統(tǒng)控制多臺(tái)空氣壓縮機(jī)運(yùn)行，將較低壓力的焦?fàn)t煤氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行加壓成為較高壓力的煤氣。

2、煤氣輸送功能

煤氣加壓站PLC系統(tǒng)控制煤氣輸送管道上的各類閥門選擇正確的路由將煤氣輸送到多座煉鐵高爐。

3、噴煤功能

高爐噴煤PLC系統(tǒng)控制噴煤工藝設(shè)備（煤氣主管道上電動(dòng)閥、噴吹支管上緊急切斷閥、焦?fàn)t煤氣快速切斷閥、氮?dú)庵鞴艿郎蠚鈩?dòng)球閥和高爐煤氣壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥等）協(xié)調(diào)工作，將高壓力的焦?fàn)t煤氣噴吹進(jìn)入高爐內(nèi)部進(jìn)行還原反應(yīng)。

4、空氣噴吹功能

高爐噴煤PLC系統(tǒng)控制空氣噴吹工藝設(shè)備（空氣主管道上電動(dòng)閥、噴吹支管上緊急切斷閥、空氣管道快速切斷閥和高爐煤氣壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥等）協(xié)調(diào)工作，將高壓力的空氣噴吹進(jìn)入高爐內(nèi)部做為熱風(fēng)爐的熱風(fēng)的補(bǔ)充參加還原反應(yīng)。

5、氮?dú)獯祾吖δ?/p>

高爐噴煤PLC系統(tǒng)控制氮?dú)夤艿郎系目焖偾袛嚅y對(duì)煤氣/空氣噴吹管道進(jìn)行氮?dú)獯祾?。高爐煤氣/空氣噴吹管道在進(jìn)行氣體介質(zhì)置換過程中，必須進(jìn)行氮?dú)獯祾?，避免煤氣與空氣混合在高溫下發(fā)生爆燃事故。在HMI畫面上設(shè)置一個(gè)“氮?dú)獯祾咄戤叴_認(rèn)”按鈕，每次氮?dú)獯祾吖ぷ鹘Y(jié)束后，要求操作員按下“氮?dú)獯祾咄戤叴_認(rèn)”按鈕，煤氣主管道快切閥或空氣主管道快切閥才能被操作打開，避免煤氣與空氣同時(shí)在噴吹主管道內(nèi)混合的事故隱患。

6、安全聯(lián)鎖保護(hù)功能

①煤氣主管道上的快速切斷閥和壓縮空氣主管道上的快速切斷閥彼此之間存在聯(lián)鎖關(guān)系，不能同時(shí)開啟，可以同時(shí)關(guān)閉。當(dāng)煤氣主管道上的快速切斷閥在打開狀態(tài)時(shí)，壓縮空氣主管道上的快速切斷閥不允許打開。當(dāng)壓縮空氣主管道上的快速切斷閥在打開狀態(tài)時(shí)，煤氣主管道上的快速切斷閥不允許打開。

②當(dāng)焦?fàn)t煤氣壓力低壓高爐內(nèi)氣體壓力時(shí)，煤氣主管道快速切斷閥和噴吹支管上緊急切斷閥自動(dòng)關(guān)斷，防止高爐內(nèi)廢氣倒灌入焦?fàn)t煤氣管道中發(fā)生爆炸事故。

7、噴煤壓力調(diào)節(jié)功能

高爐噴煤PLC系統(tǒng)控制高爐圍管內(nèi)的噴吹煤氣壓力要求必須高于高爐內(nèi)爐壓，保證煤氣能噴入高爐內(nèi)部，同時(shí)防止高爐內(nèi)氣體倒灌。高爐圍管內(nèi)的噴吹煤氣壓力的調(diào)節(jié)依靠調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)，對(duì)調(diào)節(jié)閥可進(jìn)行手動(dòng)控制和PID自動(dòng)控制。

8、工藝設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視功能

在HMI操作站畫面上，可以對(duì)所有工藝設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，主要參數(shù)有：煤氣壓力、空氣壓力、煤氣流量、空氣流量、煤氣溫度、空氣溫度、噴吹煤氣主壓（閥前）、噴吹煤氣主壓（閥后）、噴吹主管空氣/煤氣流量、高爐噴吹主管煤氣/空氣溫度鉑熱電阻、1#-36#噴吹支管空氣/煤氣流量。

9、報(bào)警功能

當(dāng)工藝設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，PLC系統(tǒng)通過檢測(cè)以HMI畫面顯示和聲音提示兩種形式向生產(chǎn)管理人員示警，保障生產(chǎn)管理人員采取快速的應(yīng)對(duì)措施避免事故發(fā)生。報(bào)警信息被保存到數(shù)據(jù)庫中以備查詢和打印。

10、數(shù)據(jù)歷史趨勢(shì)

在HMI操作員站計(jì)算機(jī)上保存重要生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)并在HMI畫面上以趨勢(shì)曲線的形式顯示出來，提供給高爐生產(chǎn)的管理者進(jìn)行工況分析。

11、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和記錄功能

PLC系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)施采集并上傳到生產(chǎn)數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存，為企業(yè)的MES生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)、EMS能源管理系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)提供有效的數(shù)據(jù)源。

12、通訊網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)交換功能

高爐噴煤PLC系統(tǒng)與煤氣加壓站PLC系統(tǒng)之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，煤氣加壓站PLC系統(tǒng)所采集的儀表信號(hào)需要顯示在高爐主控室內(nèi)的噴煤HMI畫面上。高爐噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)與MES生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。高爐噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)與EMS能源管理系統(tǒng)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，噴煤流量、空氣噴吹流量等重要能源數(shù)據(jù)上傳給能源管理中心。

結(jié)束語

通過自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)高爐噴煤操作進(jìn)行控制，不僅提高了高爐的工作效率，提升了人工勞效，降低了人員操作失誤，而且優(yōu)化了高爐噴煤工藝，并使其操作趨于簡單化。因此，高爐噴煤采用自動(dòng)控制系統(tǒng)增強(qiáng)了鋼鐵企業(yè)的競爭力，能夠?yàn)樯鐣?huì)和企業(yè)帶來巨大的效益。

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