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一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想
根據(jù)高爐工藝，采用合理的方式，以低成本高性能的總體思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。自動(dòng)化系統(tǒng)采用三電一體化開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，為今后系統(tǒng)的擴(kuò)展創(chuàng)造條件，留有區(qū)域級(jí)計(jì)算機(jī)及全廠管理計(jì)算機(jī)的接口能力。
根據(jù)高爐系統(tǒng)分散的特點(diǎn)，采用主從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：分站通過(guò)網(wǎng)線再連接至主站系統(tǒng)，減少電纜用量、方便維護(hù)，使成本大大降低。如億維的IM153-1就可作為單個(gè)從站，可在高爐設(shè)備就近配電室安裝。布袋反吹采用矩陣的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用的模塊點(diǎn)數(shù)成倍減少。
系統(tǒng)采用億維PLC作為基礎(chǔ)控制站，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備的控制及監(jiān)測(cè)；上位操作采用億維工控機(jī)作為操作站，進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況及各種儀表參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。系統(tǒng)在正常生產(chǎn)情況下以全自動(dòng)為主，各上位機(jī)互為備用，在設(shè)計(jì)上充分考慮上位機(jī)自動(dòng)、手動(dòng)和機(jī)旁箱手動(dòng)，以保證在各種情況下生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
自動(dòng)化裝置的選用原則上采用目前檢測(cè)水平的新技術(shù)、新設(shè)備，同時(shí)考慮控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單、實(shí)用、性能可靠，充分滿足工藝要求。確保產(chǎn)品質(zhì)量并保證系統(tǒng)整體滿足工藝要求和性能的情況下減少投資。
二、系統(tǒng)配置
本系統(tǒng)完全為高爐操作提供服務(wù)，使被控設(shè)備能在主控樓的計(jì)算機(jī)上方便的進(jìn)行集中操作，并對(duì)這些設(shè)備的運(yùn)行情況做如實(shí)的記錄
1、自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng):
1.1 采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
上位機(jī)采用工業(yè)以太網(wǎng)，充分滿足上位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸量大的要求；PLC與遠(yuǎn)程站之間采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，以滿足現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性；網(wǎng)絡(luò)框圖如下圖所示：
主要有六臺(tái)工控機(jī)作為操作站，分別為熱風(fēng)、布袋、工長(zhǎng)操爐、本體儀表、礦槽上料、爐頂設(shè)備組成，可互為備用。
PLC有四套siemens 400系列主PLC系統(tǒng)組成，上料PLC主站、本體PLC主站、熱風(fēng)PLC主站、布袋PLC主站，下設(shè)各自的擴(kuò)展模塊完成系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集。經(jīng)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與操作站之間完 成數(shù)據(jù)交換。
1.2軟硬件設(shè)備組成
☆ PLC選用億維200+300組成的高性能低成本模塊結(jié)構(gòu)。
☆ 計(jì)算機(jī)操作臺(tái)：不銹鋼面操作臺(tái)
☆ 編程軟件選用STEP7 V5.4,組態(tài)軟件選用我WINCC 6.0 SP3
三、熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)
本高爐配有三座熱風(fēng)爐，主要負(fù)責(zé)燃燒、蓄熱、給冷風(fēng)加熱，并將熱風(fēng)送進(jìn)高爐。由于一座熱風(fēng)爐是間斷的熱交換，而高爐需要連續(xù)的熱風(fēng)，所以三座熱風(fēng)爐按周期性工作，包括燃燒、悶爐、送風(fēng)三個(gè)過(guò)程。
熱風(fēng)爐順控系統(tǒng)設(shè)有以下幾種操作方式：全自動(dòng)、半自動(dòng)方式、CRT手動(dòng)方式、機(jī)旁箱操作
熱風(fēng)爐工作狀態(tài)介紹：
一個(gè)熱風(fēng)爐可在“送風(fēng)”向“悶爐”至“燃燒”狀態(tài)，也可從“燃燒”向“悶爐”至 “ 送風(fēng)”轉(zhuǎn)換。
“送風(fēng)”指的是熱風(fēng)爐被充壓，且冷風(fēng)閥和熱風(fēng)閥兩者均被打開(kāi)，所有其它的閥門均關(guān)閉（不包括混風(fēng)切斷閥和換熱器各閥門）。
“燃燒”指的是熱風(fēng)爐被減壓，冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥和冷風(fēng)充風(fēng)閥關(guān)閉，廢氣均壓閥打開(kāi)，助燃空氣和煤氣引入熱風(fēng)爐。
“悶爐”指的是熱風(fēng)爐所有閥門均關(guān)閉，但壓力控制仍在工作，預(yù)備著一個(gè)熱風(fēng)爐隨時(shí)變?yōu)槌鋲夯蚓鶋籂顟B(tài)。
熱風(fēng)爐工作制度：
正常情況下熱風(fēng)爐采用并聯(lián)送風(fēng)，或二燒一送工作制，非正常操作為一燒一送工作制。
每座熱風(fēng)爐可以在“燜爐”、“送風(fēng)”、“燃燒”三種狀態(tài)之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換，各閥開(kāi)關(guān)受PLC程序控制，發(fā)出換爐指令后，熱風(fēng)爐設(shè)備按工藝要求順序進(jìn)行有關(guān)聯(lián)鎖動(dòng)作。
四、高爐煤氣干式凈化控制系統(tǒng)
高爐煤氣除塵設(shè)施是高爐的配套設(shè)施，其目的是凈化高爐煤氣，提高煤氣質(zhì)量。高爐煤氣經(jīng)重力除塵器除塵后，進(jìn)入布袋主箱體下部，煤氣穿過(guò)布袋時(shí)其所攜帶的灰塵被布袋截留，進(jìn)行過(guò)濾凈化后的煤氣經(jīng)高壓閥組輸送給熱風(fēng)爐或煤氣管網(wǎng)供用戶使用。布袋除塵過(guò)濾后的塵灰由脈沖閥沖掃，落至儲(chǔ)灰倉(cāng)；打開(kāi)卸灰閥，由刮板機(jī)輸出，用斗提機(jī)送入高位灰倉(cāng)。
1、本套設(shè)施共設(shè)計(jì)了三種反吹方式，時(shí)間反吹（設(shè)定時(shí)間到）、壓力反吹（壓差高于設(shè)定值）、手動(dòng)反吹。
2、除塵系統(tǒng)包括反吹和卸灰兩個(gè)控制流程，均能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)三種控制方式：
反吹自動(dòng)方式為：差壓反吹、定時(shí)反吹。差壓反吹即當(dāng)箱體差壓高于設(shè)定差壓值（3KPA）時(shí)開(kāi)始自動(dòng)反吹；定時(shí)反吹即當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到設(shè)定的反吹時(shí)間后開(kāi)始自動(dòng)反吹。
2.1當(dāng)荒凈煤氣總管壓差達(dá)到6～8Kpa（可設(shè)定）進(jìn)行反吹。同時(shí)有定時(shí)反吹選擇，通過(guò)設(shè)定的同期來(lái)對(duì)布袋進(jìn)行反吹。
2.2 箱體單體反吹時(shí)間為10-20秒（可調(diào)），反吹順序?yàn)?/span>N1、N2、N3......N10，氣包上的噴吹管同樣為順序動(dòng)作n1、n2、n3.....n14待10個(gè)箱體全部反吹完畢，反吹過(guò)程結(jié)束。
2.3 箱體反吹采取離線反吹。當(dāng)凈荒煤氣總壓差達(dá)到設(shè)定值6Kpa時(shí)，首先關(guān)閉正在工作箱體的進(jìn)、出口蝶閥，然后進(jìn)行反吹。反吹后立即打開(kāi)進(jìn)出品蝶閥，再進(jìn)行下一箱體的反吹，依次類推。
2.4 每個(gè)布袋每次反吹抖動(dòng)次數(shù)為2次（可調(diào)）
2.5卸灰自動(dòng)操作為：定時(shí)卸灰。對(duì)卸灰時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，到設(shè)定時(shí)間后自動(dòng)啟動(dòng)卸灰斗提機(jī)、掛板機(jī)、按工藝要求依次打開(kāi)被選擇卸灰箱體上的設(shè)備（上卸灰閥、下卸灰閥、葉輪給料機(jī)、灰斗清堵裝置脈沖閥），一般設(shè)定3次/24時(shí)，自動(dòng)完成卸灰操作。
中間倉(cāng)下部設(shè)備動(dòng)作順序：
當(dāng)N1箱體上部卸灰作業(yè)完成后，開(kāi)始中間倉(cāng)卸灰作業(yè)：首先開(kāi)啟公共設(shè)備,即：斜管振動(dòng)器→斗提機(jī)→刮板輸送機(jī)。完成后開(kāi)啟：N1箱體電動(dòng)給料機(jī)→N1箱體下部電動(dòng)球閥→N1箱體中間倉(cāng)的倉(cāng)壁振動(dòng)器。延時(shí)30秒后，關(guān)閉中間倉(cāng)下部設(shè)備。
?、夙樞?yàn)椋宏P(guān)中間倉(cāng)的倉(cāng)壁振動(dòng)器→N1箱體下部電動(dòng)球閥→電動(dòng)給料機(jī)。
完成N1箱體下部卸灰后，開(kāi)始N2箱體下部卸灰，動(dòng)作同N1箱體。之后依次為N3箱體、N4箱體、N5箱體……N8箱體。
當(dāng)N10箱體下部卸灰完成后，關(guān)閉公共設(shè)備，其順序?yàn)椋?/span>
刮板輸送機(jī)→斗提機(jī)→斜管振動(dòng)器。
②高位灰倉(cāng)下部設(shè)備動(dòng)作順序 此部分均為機(jī)旁操作,其它設(shè)備均為PLC控制。：
開(kāi)啟：加濕卸灰機(jī)→電動(dòng)球閥→倉(cāng)壁振動(dòng)器
關(guān)閉：倉(cāng)壁振動(dòng)器→電動(dòng)球閥→加濕卸灰機(jī)
五、高爐上料系統(tǒng)
高爐上料部分有礦槽稱量和爐頂兩大部分，通過(guò)料車將兩部分聯(lián)系在一起，礦槽、料車和爐頂設(shè)備按照工藝設(shè)定協(xié)調(diào)動(dòng)作，完成上料功能。
各種料質(zhì)經(jīng)振篩篩分后直接裝入稱量斗，然后有稱量斗裝入料車，篩下的粉礦經(jīng)碎礦皮帶運(yùn)至粉倉(cāng)，等待汽車外運(yùn)。料車由主卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引將礦石運(yùn)送到爐頂裝料設(shè)備，經(jīng)過(guò)2級(jí)變速到達(dá)停車位。各個(gè)倉(cāng)中的料質(zhì)根據(jù)配方中的要求隨時(shí)變化，自動(dòng)完成稱量到上料的操作。
1、設(shè)備組成
680 M3高爐設(shè)雙排儲(chǔ)槽，分別存放燒結(jié)礦、球團(tuán)、焦炭、雜礦，其中4個(gè)焦炭槽，6個(gè)燒結(jié)槽，4個(gè)球團(tuán)礦，4個(gè)雜礦，在槽下成對(duì)排列。爐頂有受料斗、擋料閥、上密封閥、下密封閥、料流閥、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傾動(dòng)機(jī)構(gòu)、料罐、均壓閥、均壓放散和爐頂大放散等設(shè)備組成。
2、上料周期控制制度，最常用的為以下兩種制度
二車值：OC或CO
四車值：OO CC 或CC OO
說(shuō)明：O 代表燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、雜礦；C代表焦炭
幾種不同的裝料制度組合形成料批周期，連續(xù)循環(huán)上料，滿足高爐的連續(xù)生產(chǎn)要求。
3、控制要求：根據(jù)工藝要求，對(duì)礦槽、上料及爐頂設(shè)備系統(tǒng)的有關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行顯示和控制，并對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)記錄。其中包括14臺(tái)電子稱的稱量記錄、料位測(cè)量及TRT與高爐和高爐與TRT的各種信號(hào)的控制與顯示。
水冷系統(tǒng)的溫度檢測(cè)：當(dāng)溜槽齒輪箱進(jìn)、出口溫差大于5℃時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示有關(guān)人員檢查水流量和高爐爐頂溫度；當(dāng)溫差大于50℃時(shí)立即檢查水冷系統(tǒng)。
料罐壓力與大氣壓之差小于20KPa時(shí)，發(fā)出聯(lián)鎖信號(hào)，有電力專業(yè)打開(kāi)上密閥；當(dāng)料罐壓力與爐頂壓力之差小于20KPa時(shí)，發(fā)出聯(lián)鎖信號(hào)，打開(kāi)下密封閥。
氣密箱冷卻有氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥控制開(kāi)度，進(jìn)行自動(dòng)的PID調(diào)節(jié)。
六、高爐本體儀控系統(tǒng)
高爐自上而下由爐喉、爐身、爐腹、爐缸、爐基五大部分及相關(guān)的水系統(tǒng)組成。所有儀表點(diǎn)接入數(shù)據(jù)采集器，通過(guò)通訊傳至上位機(jī)。
高爐過(guò)程檢測(cè)和控制的主要任務(wù)為：采集溫度、壓力、流量等各種數(shù)據(jù)，對(duì)減壓閥組進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，能監(jiān)視爐內(nèi)反應(yīng)，對(duì)爐體及設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。
1.爐頂打水控制
煤氣上升管溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警，開(kāi)爐頂打水閥：溫度恢復(fù)正常時(shí)，關(guān)打水閥。
2.爐頂煤氣壓力控制
高爐爐頂煤氣壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)布袋除塵器后的減壓閥組開(kāi)度來(lái)維持爐頂煤氣壓力的穩(wěn)定。
3.風(fēng)口檢漏及排水溫度的測(cè)量
為保護(hù)爐體安全，風(fēng)口破損檢漏是極為重要的檢測(cè)項(xiàng)目。測(cè)量風(fēng)口冷卻水進(jìn)、出口流量差，測(cè)量風(fēng)口排水溫度，能檢測(cè)風(fēng)口是否完好。
七、畫面介紹
畫面系統(tǒng)是操作人員與控制系統(tǒng)的人機(jī)界面，操作人員通過(guò)畫面對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整，畫面系統(tǒng)可以設(shè)定數(shù)據(jù)，改變運(yùn)行方式，向操作人員顯示設(shè)備的正常狀態(tài)及報(bào)警信息等。
CRT畫面顯示主要內(nèi)容如下：
（1）系統(tǒng)畫面：熱風(fēng)、布袋、礦槽、爐頂、本體儀表、爐長(zhǎng)操爐、爐頂儀表等
?。?/span>2）控制設(shè)定畫面：配料、爐頂溜槽角度、料流開(kāi)度參數(shù)設(shè)定
?。?/span>3）故障監(jiān)視畫面：實(shí)時(shí)顯示故障信號(hào)提示操作人員進(jìn)行相應(yīng)措施
?。?/span>4）報(bào)警記錄：記錄各設(shè)備及儀表的故障報(bào)警
?。?/span>5）報(bào)表記錄：對(duì)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄
以下就主要畫面進(jìn)行介紹
1、上料畫面：
包括整個(gè)卷?xiàng)罴盃t頂設(shè)備，其中主要有上料小車、左右探尺、柱塞閥、上密、下密、旋轉(zhuǎn)布料裝置、均壓閥、放散閥等。生產(chǎn)中可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)隨時(shí)轉(zhuǎn)換，各種運(yùn)行、故障有不同的顏色來(lái)顯示，特點(diǎn)1、小車拐點(diǎn)、卸料位等各減速點(diǎn)停車位可根據(jù)生產(chǎn)調(diào)節(jié)2、旋轉(zhuǎn)布料角度及速度可通過(guò)畫面直接設(shè)定，滿足生產(chǎn)工藝中的各種布料方式3、在檢修或新員工培訓(xùn)情況下還可以通過(guò)畫面各種數(shù)據(jù)的設(shè)定來(lái)進(jìn)行模擬生產(chǎn)。
高爐爐頂儀表，對(duì)保證爐頂設(shè)備是否正常十分重要。
2、礦槽畫面
主要包括皮帶、料斗、振篩運(yùn)行、停止、故障指示及操作?？梢栽诖水嬅嫣崆霸O(shè)定各種料質(zhì)重量，根據(jù)爐長(zhǎng)下的各種料批要求通過(guò)調(diào)整周期表來(lái)完成自動(dòng)上料。也可通過(guò)機(jī)旁轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)使個(gè)別控制轉(zhuǎn)到現(xiàn)場(chǎng)操作，畫面中有手動(dòng)(綠色)、自動(dòng)(紫色)指示。另外還有周期表子畫面。如下圖：
礦槽周期畫面，合理調(diào)節(jié)配方并自動(dòng)生成配方。如下圖：
生產(chǎn)報(bào)表記錄畫面，對(duì)生產(chǎn)成本實(shí)時(shí)掌握，如下圖：
3、熱風(fēng)爐畫面
此畫面中可實(shí)現(xiàn)助燃風(fēng)機(jī)、調(diào)壓閥組、助燃調(diào)節(jié)閥、混風(fēng)閥、冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、放散閥、冷風(fēng)均壓閥、煤氣調(diào)節(jié)閥、空氣調(diào)節(jié)閥、空氣切斷閥、煤氣切斷閥各種工藝閥門的操作并顯示儀表參數(shù)。能自動(dòng)完成熱風(fēng)爐的各階段轉(zhuǎn)換達(dá)到自動(dòng)送風(fēng)、燜爐 、燒爐。各種閥門在畫面中可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)操作，調(diào)節(jié)閥各通過(guò)輸入預(yù)定數(shù)值或點(diǎn)擊滾動(dòng)條自動(dòng)調(diào)節(jié)。如圖：
4、布袋除塵畫面
包括脈沖閥、上下卸灰閥、放散閥、上炮、下炮、輸灰機(jī)、斗提機(jī)、進(jìn)出口蝶閥和進(jìn)出口盲板閥，并顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各儀表參數(shù)等。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊各閥們可自動(dòng)彈出控制菜單，脈沖閥為動(dòng)態(tài)顯示，可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)因頻繁動(dòng)作而損壞的電磁閥。脈沖時(shí)間及箱體選擇可根據(jù)要求設(shè)定。
在自動(dòng)情況下自動(dòng)完成吹掃，根據(jù)設(shè)定從1＃開(kāi)始依次至8號(hào)箱體。如果某個(gè)箱體出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)自動(dòng)跳過(guò)該箱體向下執(zhí)行。圖示如下:
5、工長(zhǎng)操爐畫面，通過(guò)畫面參數(shù)合理調(diào)節(jié)爐況是高爐順產(chǎn)、高產(chǎn)的關(guān)鍵。
6、本體儀表畫面，高爐儀表是監(jiān)視高爐爐襯是否正常，主要包括水溫和壓力
八、結(jié)束語(yǔ)
高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的各個(gè)動(dòng)作和狀態(tài)都由PLC控制，不僅能滿足各設(shè)備的集中控制方式、機(jī)旁控制方式 、兩地并用控制方式所需的大量按扭、開(kāi)關(guān)、位置檢測(cè)點(diǎn)的要求；而且還能根據(jù)不同的工藝要求，選用合理的配置方法：網(wǎng)絡(luò)的主從結(jié)構(gòu)、布袋反吹的矩陣結(jié)構(gòu)等；更可通過(guò)接口元器件與計(jì)算機(jī)組成PLC工業(yè)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)控制。使高爐電氣自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)能方便地嵌入到鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流水線中。
