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高爐自動控制系統(tǒng)
河北理工大學輕工學院
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　　【摘要】
　　宣鋼7#高爐是一座450M3中型高爐，年產(chǎn)生鐵約55萬多噸。宣鋼7#高爐槽下上料為皮帶上料到中間斗，再經(jīng)主卷揚運往爐頂受料斗；爐頂為串罐無料鐘爐頂。自動控制系統(tǒng)采用ABB公司的Industrial IT工業(yè)用集散過程控制系統(tǒng)（DCS）。該系統(tǒng)控制穩(wěn)定、可靠、故障率低，將先進控制思想、現(xiàn)代通訊技術(shù)和IT技術(shù)的最新發(fā)展集于一身。本體各種溫度、壓力、流量全部進入計算機。本文介紹的就是宣鋼7#高爐的自動控制系統(tǒng)。
　　
　　【Abstract】 7# furnace of Xuanhua steel is a medium-450M3 furnace, producing about 550,000 tons of pig iron. 7# furnace shafts of the Xuanhua steel, expected to contend for belts, expect middle, and then shipped to the furnace top of the zhuJuanyang hopper;Furnace top-expected bell furnace top to string cans. Automatic control systems used in industrial boiler distribution of Industrial it process control system (DCS). The control system is stable, reliable, low failure rate, advanced control ideas and modern communication technology and the latest developments in it technology concentration. Identity of temperature, pressure, flow into all computers. This presentation is being 7# furnace steel automatic system..
　　
　　【關(guān)鍵詞】
　　過程站；操作站；組態(tài)軟件；信號采集；實時監(jiān)控；Industrial IT
　　
　　【Keyword 】 process station；operating stations；configuration software; signal acquisition; 
　　real-time monitoring; Industrial IT
　　
　　前言：
　　　　槽下上料、爐頂上料自動控制由一個過程站完成，其為ABB公司Industrial IT AC—800F DCS 系統(tǒng)，采用雙機熱備用，雙網(wǎng)冗余，通過PROFIBUS下掛I/O模塊配置方式，放在槽下主控室， 系統(tǒng)配有2臺工控機作為人機接口操作站,其中一臺兼工程師站。爐頂頂壓調(diào)節(jié)及高爐主要儀表參數(shù)由一個過程站完成，放在工長值班室，其為ABB公司Industrial IT F2K DCS 系統(tǒng)配有2臺工控機作為人機接口操作站，用于高爐自控系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控及上料料單的設(shè)定等。熱風爐和高爐的各種溫度、壓力、流量等儀表信號進入熱風過程站，其為ABB公司Industrial IT AC800 系統(tǒng)，通過CAN總線下掛I/O模塊配置方式，放在熱風主控室，配有1臺工控機作為人機接口操作站。各個過程站、操作站經(jīng)雙絞線通過交換機連接。 
 
　　　　從圖中看出：槽下過程站、值班室過程站、槽下操作站、本體操作站、值班室操作站是一個閉環(huán)的以太網(wǎng)；熱風過程站、熱風操作站是一個閉環(huán)的以太網(wǎng)；它們之間用光纖連接。 
 
　　下面逐個介紹各個部分的組成及自動控制。
　　
　　一．操下過程站
　　　　操下過程站采用ABB公司的Industrial IT AC—800F工業(yè)用集散過程控制系統(tǒng)（DCS）。該產(chǎn)品具有極高的可靠性，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行、極豐富的編程指令和擴展模塊、靈活的模塊組合，可以滿足各種復(fù)雜工藝的控制要求，極強的通信能力，完成可靠的數(shù)據(jù)采集。由一臺AC—800F(帶冗余)，通過FI830通信模件ProfiBus總線經(jīng)CI830下掛AI810模擬輸入模件，DI810數(shù)字輸入模件，AO820模擬輸出模件，DO810數(shù)字輸出模件構(gòu)成整套的控制站。通過TCP協(xié)議上掛DELL計算機，完成各種指令的操作，數(shù)據(jù)的監(jiān)視、采集、歸檔等構(gòu)成的操作站以及用于程序的在線調(diào)試、修改的工程師站〈見下圖〉。 
 
　　　　本控制站主要控制槽下上料、高爐本體上料、及通訊。
　　
　　〈一〉、槽下上料
　　　　槽下上料系統(tǒng)共有16個貯礦倉，分別對應(yīng)由8個變頻器控制16個礦振動篩，篩往8個一次稱斗，由運礦主皮帶經(jīng)翻板分別運往2個中間礦稱斗；2個貯焦倉，分別對應(yīng)2個焦振動篩，篩往2個焦斗；再由主卷揚運往爐頂受料斗。16個礦振動篩、運礦皮帶、2個焦振動篩都由變頻控制；主卷揚分別由兩個變頻控制。
　　1、 稱斗：根據(jù)料單的設(shè)定，啟動由變頻器帶動的振動篩將燒結(jié)礦、球團等篩分為合格的入爐礦石，并做計量、補償計算。
　　2、 皮帶：將一次稱斗篩的料運往中間斗。
　　3、 中間斗：當某一中間斗空時，啟動主皮帶，根據(jù)處方設(shè)置，開相應(yīng)的一次稱斗料門，裝入礦石待用。
　　4、 焦斗：根據(jù)料單的設(shè)定，啟動焦振動篩對焦一次篩分；并做計量、補償計算。
　　5、 絞車：通過上料程序控制，是焦時，開焦斗門；是礦石，開中間斗門，將料裝入相應(yīng)絞車，由變頻帶動主卷揚將料運往爐頂受料斗。
　　 
　　槽下上料系統(tǒng)
　　〈二〉、高爐本體上料 
　　 高爐爐頂采用石家莊三環(huán)閥門公司制造的WZ-C型串罐式無料鐘爐頂設(shè)備。即擺動—旋轉(zhuǎn)布料溜槽式爐頂，用一個旋轉(zhuǎn)溜槽和兩個密封料斗代替了以往鐘斗型式的爐頂，無鐘式爐頂?shù)脑O(shè)備構(gòu)成使其布料理想調(diào)整靈活，取消了龐大笨重而又要精密加工部件，代之以積木式系統(tǒng)的部件，解決了制造、運輸、安裝、維修和更換方面困難。當然，它存在著許多問題，如控制系統(tǒng)較復(fù)雜，要求有可靠的監(jiān)護系統(tǒng)，防止堵料，卡料；爐頂溫度不能太高，要有優(yōu)質(zhì)的材料等等。所以就要求我們程序設(shè)計時考慮周到，滿足生產(chǎn)的各種需要。
　　1、 受料斗：接受從絞車送來的料，下口有一個截料閥。截料閥、上密、放散閥都在關(guān)位置，受料斗料不夠：絞車即可往上送料。料夠后，通過截料閥、上密實現(xiàn)向料罐裝料。
　　2、 料罐：貯存爐料，可容納一批礦或一批焦。在料罐上口安有上密封閥，可在料倉漏料入爐時，密封住爐內(nèi)煤氣。料倉下口有下密閥。料罐空，受料斗料夠：打開放散，打開上密封閥，打開截料閥，關(guān)放散，料入料罐。受料斗料空后，上密封閥和截料閥關(guān)閉，料倉均壓。當探尺發(fā)出裝料入爐的信號時，打開下密封閥，同時給溜槽信號，使其由停機位置起動旋轉(zhuǎn)。
　　3、 探尺：探測爐內(nèi)料面深度。當料面達到設(shè)定值，提探尺，允許料罐向爐內(nèi)放料。
　　4、 溜槽（傾動）：它的傳動機構(gòu)，包括行星減速機和氣密箱兩部份，傳動系統(tǒng)要使溜槽能完成繞高爐中心線的旋轉(zhuǎn)運動和在垂直平面內(nèi)改變溜槽傾角運動。溜槽的傾角驅(qū)動是由一臺交流伺服控制器完成的。為了對溜槽泊位置進行準確定位，設(shè)置有絕對角度編碼器。在溜槽傾角的兩個極限位置設(shè)有兩個位置傳感器（接近開關(guān)）作為安全自鎖和報警裝置。
　　5、 料流：是通過閥門角度（γ）的改變，調(diào)節(jié)向高爐布料的料流速度，用于和傾動傾角（α）和旋轉(zhuǎn)（β）同步配合，達到符合要求的每層布料。
　　6、 回轉(zhuǎn)：通過變頻電機控制溜槽的旋轉(zhuǎn)速度，以達到工藝要求的溜槽在每一環(huán)上的圈數(shù)。
　　7、 編碼器：記錄傾動、料流、回轉(zhuǎn)角度。
　　 
　　〈三〉、通訊
　　　　過程站PS包含有CPU模件、電源及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口，AC800F是現(xiàn)場總線控制器，它為用戶提供了使用現(xiàn)場總線技術(shù)的靈活性，可采集來自4條現(xiàn)場總線（類型可不同）的過程數(shù)據(jù)和診斷信息，并完成與PS相同的控制任務(wù)。通過以太網(wǎng)（Ethernet）與整個系統(tǒng)（如OS、PS其它FC）通訊。此系統(tǒng)采用PROFIBUS現(xiàn)場總線完成與I/O模件的通訊，通過工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet）完成各站之間的連接。
　　
　　二．值班室過程站
　　　　值班室過程站采用ABB公司的Freelance2000控制系統(tǒng)，下掛DAI04模件，DAI07模件，DAO01模件。本過程站主要完成高爐頂壓、頂溫、鐵水溫度、油壓的A/D轉(zhuǎn)換及爐頂頂壓調(diào)壓閥組的PID調(diào)節(jié)。 
 
　　　　7#高爐調(diào)壓閥組由三個調(diào)壓閥和三臺執(zhí)行機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)均為ZHB型。ZHB電動執(zhí)行機構(gòu)由控制器、驅(qū)動電機、減速器和位移檢測機構(gòu)四部分組成。過程站通過頂壓反饋信號與設(shè)定值比較，經(jīng)過PID運算輸出4～20Ma模擬信號給儀表手操器，手操器輸出經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，在單片機內(nèi)與閥位信號進行運算比較，輸出相應(yīng)的開關(guān)信號，用于驅(qū)動伺服電機的正反轉(zhuǎn)動，經(jīng)機械減速變換后驅(qū)動閥門。閥位開度經(jīng)位移傳感器檢測變換為與位移成正比的電壓信號，這個信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后用于調(diào)節(jié)控制。當頂壓進行自動調(diào)節(jié)時，一個閥可以設(shè)為自動，另兩個設(shè)為手動，可以實現(xiàn)頂壓自動控制。
　　
　　三、熱風過程站
　　　　熱風爐自動控制采用ABB公司的Freelance2000控制系統(tǒng)，分為操作級、通訊級、過程級。配有模擬輸入模件，數(shù)字I/O模件。主要完成高爐本體各種儀表溫度、壓力、流量的模擬信號采集；熱風爐溫度、壓力、流量的模擬信號采集；熱風爐各種閥位的反饋；調(diào)節(jié)閥位的PID調(diào)節(jié)。
　　
　　1、本體儀表
　　　　來自高爐本體熱電偶信號進DAI04模件，水流量、壓力mV信號進DAI07模件經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，通過網(wǎng)絡(luò)傳到高爐值班室操作站。
　　2、熱風爐
　　　　熱風爐自動控制主要包括三個熱風爐的換爐與各調(diào)節(jié)閥的閥位開關(guān)顯示以及其它閥的開關(guān)和各閥極限位、各點溫度、壓力、流量等值的顯示。
　　　　熱風爐主畫面包括三座熱風爐（它的圖形是根據(jù)實際熱風爐的正視圖畫制完成的），各個閥以及各爐操作按鈕及各點數(shù)據(jù)的顯示。 
 
　　　　每座熱風爐的狀態(tài)包括閉爐、燃燒、送風三種，在畫面中每種狀態(tài)都用不同的顏色加以表示，每座熱風爐上的各個閥的開關(guān)極限位也有不同的顏色顯示出來，而在開關(guān)轉(zhuǎn)換的過程中，其過程狀態(tài)則用另一種顏色表示。同時在畫面中各種儀表數(shù)據(jù)也都用數(shù)字值顯示出來。這種很直觀的顯示方式很能說明當前的爐況，給操作工觀察及操作帶來極大的方便。
　　　　在組畫面中各調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值以及過程值閥位反饋值等都可以顯示出來，而且它的過程值也可以通過設(shè)定來重新改變差值，使調(diào)節(jié)閥根據(jù)差值來自動的開或者關(guān)。
　　　　熱風爐在高爐煉鐵中起著非常重要的作用，而熱風爐的關(guān)鍵就在于它在燒爐、送風等過程中的操作是否正確合理，這就關(guān)系到它的煤氣流量、空氣流量、燒嘴溫度、頂壓等控制是否達到要求，其中調(diào)節(jié)閥主要就是用來控制這些流量、溫度、壓力等的變化，所以它控制的成功與否直接與高爐的情況在著必聯(lián)系。五號高爐中的四座熱風爐的煤氣流量、空氣流量、頂壓、燒嘴溫度等模擬量均由PID調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥的自動實現(xiàn)是這些參數(shù)運行穩(wěn)定的保障。
　　　　調(diào)節(jié)閥的自動控制原理是：由調(diào)節(jié)儀表給進來的4――20MA模擬輸入信號接入過程站的模擬輸入（DAI07）模件，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后與計算機內(nèi)的調(diào)節(jié)閥閥位信號進行比較，根據(jù)差值輸出相應(yīng)的開關(guān)信號用于驅(qū)動伺服電機正反向轉(zhuǎn)動，經(jīng)機械減速變換后驅(qū)動閥門，輸出4――20MA模擬信號供系統(tǒng)顯示跟蹤控制，控制原理圖如下： 
 
　　　　隨著高爐投產(chǎn)一年多以來調(diào)節(jié)閥在熱風爐中的實際應(yīng)用，我們看到了它基本上達到了要求，充分發(fā)揮出了方便、準確的調(diào)節(jié)作用。從而使熱風爐在高爐供熱風的過程當中更加穩(wěn)定、精確，為保證高爐的順行提供了有力的保障。 
　　
　　四、結(jié)束語
　　　　宣鋼7#高爐的全自動控制系統(tǒng)，具備操作簡單，監(jiān)測到位，供料快，可靠，準確等優(yōu)點，達到了預(yù)定的要求，為高爐盡快達產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)打下了堅實的基礎(chǔ)。
 

狀　態(tài)： 離線

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