滕澤民

(河鋼集團(tuán)承鋼公司自動(dòng)化中心)

來(lái)源：《自動(dòng)化控制理論與應(yīng)用》2019年第08期

摘　要　為克服人工上料、傳統(tǒng)繼電器上料控制系統(tǒng)的不足，對(duì)以PLC控制器為控制核心的煉鐵高爐上料自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。在介紹上料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了備料過(guò)程、放料過(guò)程以及爐頂布料設(shè)備控制過(guò)程。實(shí)際使用結(jié)果表明，利用PLC控制技術(shù)的高爐上料自動(dòng)控制更精確、可靠性更好、故障率更低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞  上料系統(tǒng)；自動(dòng)控制；PLC控制；高爐

國(guó)內(nèi)煉鐵技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)水平相比，存在較大的差距，尤其是生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)偏低。其原因主要有工藝設(shè)備落后、生產(chǎn)管理技術(shù)水平較低、煉鐵料不精，其中煉鐵料不精是關(guān)鍵因素。日本的精料品位較高、質(zhì)量好，燒結(jié)礦的品位一般為56％~58％，F(xiàn)eO占4％～6％，還原性較好。國(guó)內(nèi)燒結(jié)礦FeO約占11％，品位約為50％，存在較大差距。早在1958年，美國(guó)首次以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高爐配料自動(dòng)控制過(guò)程[1-2]。高爐的上料系統(tǒng)包括原料的備料、稱量、放料以及裝料等自動(dòng)控制過(guò)程。高爐煉鐵工藝流程見(jiàn)圖１所示，燒結(jié)礦倉(cāng)、雜礦倉(cāng)、焦倉(cāng)經(jīng)給料機(jī)—振動(dòng)篩—稱量斗后，由上料系統(tǒng)將煉鐵原料輸入至高爐。煤粉、富氧等催化劑直接輸入至高爐；鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)熱風(fēng)爐后經(jīng)高爐底部的風(fēng)口進(jìn)入高爐，燃燒原料中的碳和少量的碳?xì)浠?。煉鐵原料以及催化劑在高爐內(nèi)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后，生成三種物質(zhì)，即煤氣粉塵，直接輸入至動(dòng)力廠；鐵水由高爐的鐵口直接輸入至煉鐵廠；爐渣為廢棄物，為保證高爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行，必須及時(shí)將爐渣經(jīng)高爐的渣口及時(shí)排出[3-4]。

１系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煉鐵高爐上料自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則為先進(jìn)、實(shí)用、穩(wěn)定、環(huán)保，采用精料、富氧、噴煤等冶煉工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的目的。煉鐵高爐上料自動(dòng)控制系統(tǒng)中，設(shè)立一個(gè)PLC主站，以西門子的S7-400可編程邏輯控制器為控制核心。在該上料自動(dòng)控制系統(tǒng)中，還設(shè)立４個(gè)ET200遠(yuǎn)程站，通過(guò)Profibus通信與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。S7-300核心控制器以TCP/IP的通信模式與高爐熱風(fēng)爐監(jiān)控站、高爐本體監(jiān)控站、高爐煤氣防塵監(jiān)控站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。煉鐵高爐上料自動(dòng)控制系統(tǒng)具備檢測(cè)和控制高爐上料過(guò)程中壓力、物位、成分等過(guò)程參數(shù)；具備高爐上料過(guò)程中的順序、邏輯控制以及聯(lián)鎖、閉鎖保護(hù)功能；具備生產(chǎn)過(guò)程的控制、監(jiān)視功能。

高爐上料自動(dòng)控制硬件主要包括中央處理器CPU414-2DP、通信處理模塊CP443-1、遠(yuǎn)程控制站ET200、數(shù)字量輸入／輸出模塊SM321/SM322、模擬量輸入／輸出模塊SM331/SM332等。

2  關(guān)鍵過(guò)程分析

PLC主控制器負(fù)責(zé)以煉鐵高爐上料系統(tǒng)工藝為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)上料系統(tǒng)的自動(dòng)控制過(guò)程，包括槽下備料、放料、爐頂布料的控制，同時(shí)在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警。燒結(jié)礦倉(cāng)、雜礦倉(cāng)、焦倉(cāng)的礦石、焦炭、雜礦由稱量斗設(shè)定目標(biāo)稱重后，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)篩，當(dāng)實(shí)際重量等于設(shè)定值時(shí)，停止振動(dòng)，為上料系統(tǒng)的備料、放料以及布料做好準(zhǔn)備。

2.1  備料過(guò)程

備料過(guò)程是指按照要求從對(duì)應(yīng)的礦倉(cāng)取料、篩分和稱量的過(guò)程。備料過(guò)程的先決條件是對(duì)應(yīng)的稱量料斗發(fā)出“料空”信號(hào)，對(duì)應(yīng)的礦倉(cāng)沒(méi)有發(fā)出“料空”信號(hào)，對(duì)應(yīng)下部漏斗閘門關(guān)閉，皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)正常。滿足上述條件后才可以開(kāi)始備料自動(dòng)控制過(guò)程，詳細(xì)程序流程如圖２所示。PLC程序檢測(cè)到對(duì)應(yīng)備料的稱量斗為空，并且對(duì)應(yīng)漏斗閘門已經(jīng)關(guān)閉后，計(jì)算料滿控制值并發(fā)出啟動(dòng)給料設(shè)備命令[5-6]。PLC程序?qū)崟r(shí)檢測(cè)料斗重量是否大于目標(biāo)控制值，如果不大于，則繼續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)。一旦PLC程序檢測(cè)到料斗重量大于目標(biāo)控制值后，發(fā)出“料滿”信號(hào)，發(fā)出停給料設(shè)備命令，放料控制程序的流程如圖３所示。如果振動(dòng)篩啟動(dòng)T1秒后，還沒(méi)有發(fā)出“料滿”信號(hào)，則提示上卡料故障報(bào)警；如果閘門打開(kāi)T2秒后，還沒(méi)有發(fā)出“料空”信號(hào)，則提示下卡料故障報(bào)警。

2.2  放料過(guò)程

放料過(guò)程是指按照要求對(duì)已經(jīng)備好料的稱量漏斗進(jìn)行供料。放料過(guò)程的先決條件是對(duì)應(yīng)的稱量料斗沒(méi)有發(fā)出“料空”信號(hào)，并且物料重量等于設(shè)定值重量；對(duì)應(yīng)的上料皮帶機(jī)正常運(yùn)行。滿足上述條件才可進(jìn)行放料自動(dòng)控制過(guò)程。首先選中稱量漏斗并確定該稱量漏斗為滿稱量，接著計(jì)算料滿控制值，然后發(fā)出啟動(dòng)放料設(shè)備命令。PLC程序?qū)崟r(shí)檢測(cè)料斗重量是否大于目標(biāo)控制值，如果不大于目標(biāo)控制值，則繼續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)；如果大于目標(biāo)控制值，則表明發(fā)料過(guò)程結(jié)束，發(fā)出“料空”信號(hào)，同時(shí)發(fā)出關(guān)閉對(duì)應(yīng)閥門信號(hào)并延時(shí)，此時(shí)Ｗ空等于稱量斗重量。為保證下一次放料過(guò)程的準(zhǔn)確性，需要在本次放料過(guò)程中，修正下次料滿提前量、計(jì)算累積誤差以及下次補(bǔ)償量。

2.3  布料過(guò)程

布料過(guò)程是指對(duì)高爐內(nèi)情況進(jìn)行分析后，將準(zhǔn)備好的物料按照環(huán)形布料、螺旋布料的方式將物料均勻地布在指定的環(huán)位上。該過(guò)程主要由PLC控制器控制布料器完成，布料器控制旋轉(zhuǎn)布料電機(jī)以及布料溜槽，進(jìn)而對(duì)α 角進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。布料控制過(guò)程中的探尺用于探明高爐內(nèi)料面的高低，處于連續(xù)工作狀態(tài)，物料的位置信號(hào)由安裝在探測(cè)尺上的編碼器以位移信號(hào)的方式傳送給PLC控制器。溜槽是物料進(jìn)入高爐內(nèi)的必經(jīng)之路，物料經(jīng)溜槽的旋轉(zhuǎn)、抬高而撒向爐內(nèi)。溜槽的旋轉(zhuǎn)角度以及抬高角度可以通過(guò)編碼器進(jìn)行測(cè)量，并傳送給PLC控制器。

布料過(guò)程的詳細(xì)控制流程如圖４所示。PLC程序首先檢測(cè)當(dāng)前的料槽是否滿足布料條件，探測(cè)尺是否探測(cè)到料線，如果滿足條件，則布料開(kāi)始，并依次進(jìn)行提探尺、開(kāi)下密封閥、執(zhí)行溜槽控制、執(zhí)行料流閥控制等操作。當(dāng)PLC程序檢測(cè)到該角度已經(jīng)布料完成后，則獲取下一次布料角度值。當(dāng)PLC程序檢測(cè)到料罐空后，依次進(jìn)行布料完成、停止旋轉(zhuǎn)角、提升α、下探尺、關(guān)料流閥、關(guān)下密封閥、關(guān)均壓閥等操作。至此，布料控制過(guò)程結(jié)束。

3  結(jié)語(yǔ)

高爐煉鐵是一個(gè)密閉性較強(qiáng)、工藝流程化較高、能耗較大的系統(tǒng)，高爐煉鐵的智能化、少人化、無(wú)人化是發(fā)展趨勢(shì)，在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，可以起到節(jié)能減排、節(jié)能降耗的目的。高爐上料自動(dòng)控制系統(tǒng)是煉鐵高爐控制過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以分析研究備料、放料、布料控制過(guò)程具有十分重要的意義。 

4  參考文獻(xiàn)

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