高爐自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)方案

高爐自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)方案

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

煉鐵生產(chǎn)過程是在高爐內(nèi)進(jìn)行的一系列復(fù)雜的還原反應(yīng)的過程，爐料（礦石、燃料和熔劑）從爐頂裝入，從鼓風(fēng)機(jī)來的冷風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)爐加熱后，形成高溫?zé)犸L(fēng)從高爐風(fēng)口鼓入，隨著焦炭燃燒產(chǎn)生的熱煤氣流自下而往上運(yùn)動(dòng)，而爐料則由上而往下運(yùn)動(dòng)互相接觸進(jìn)行熱交換，逐步還原，最后在爐子的下部還原成生鐵，同時(shí)形成爐渣。積聚在爐缸的鐵水和爐渣，分別由出鐵口和出渣口放出。

高爐自動(dòng)化過程主要包含高爐本體控制、給料和配料控制、熱風(fēng)爐控制，以及除塵系統(tǒng)控制等。高爐自動(dòng)化的目的，主要是保證高爐操作的四個(gè)主要問題：正確配料并以一定的順序及時(shí)裝入爐內(nèi)；控制爐料均勻下降；調(diào)節(jié)爐料分布及保持其與熱煤氣流的良好接觸；保持高爐整體有合適的熱狀態(tài)。高爐自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括儀表檢測(cè)及控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過程及管理用計(jì)算機(jī)。儀表控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)通常由DCS或PLC完成。

高爐生產(chǎn)必須要求計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠很好地保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性和實(shí)時(shí)監(jiān)控性，而且要求數(shù)據(jù)量最多，所有設(shè)備的自動(dòng)化程度要高。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)采集周期短，刷新速率快，特別對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)而言，數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和正確性尤為重要。

對(duì)檢測(cè)儀表而言，也即對(duì)溫度、壓力、差壓、流量、料位、重量的檢測(cè)，要求數(shù)據(jù)的采集精確度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

高爐的自動(dòng)化控制方案，首先應(yīng)著眼于系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性和先進(jìn)性，并在此基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的性價(jià)比。

1．可靠性

高爐在鋼鐵廠生產(chǎn)中處于十分重要的位置，它不僅要及時(shí)穩(wěn)定的給煉鋼工序提供合格的鐵水，還同時(shí)為軋鋼加熱爐提供煤氣。高爐生產(chǎn)的短時(shí)間中斷都會(huì)給整個(gè)生產(chǎn)流程帶來不可估量的損失。

因此，必須把系統(tǒng)的可靠性也即安全性放在高爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一位。在設(shè)備控制方面，要滿足煉鐵設(shè)備及工藝的特定要求，完善必要的軟硬件連鎖，實(shí)現(xiàn)最可靠的開停車順序控制，以及可靠的處理突發(fā)性事件的應(yīng)急處理方案，確保整個(gè)高爐生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性。

為保證這些設(shè)備安全可靠運(yùn)行，除了系統(tǒng)硬件之外，還必須在軟件編程上增加多種保護(hù)功能，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2．實(shí)用性

為適應(yīng)中型規(guī)模鋼鐵廠在生產(chǎn)管理的技術(shù)基本點(diǎn)面上要求循序漸進(jìn)、逐步提高的多數(shù)情況，對(duì)高爐生產(chǎn)的過程控制，設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作狀態(tài)，兩種操作狀態(tài)之間，可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。

由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)和PLC系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、控制軟件組成在線計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，下位機(jī)通過各檢測(cè)儀表，采集高爐上料、配料運(yùn)行數(shù)據(jù)、爐體溫度、風(fēng)溫、風(fēng)壓，除塵系統(tǒng)等工藝參數(shù)。

在手動(dòng)操作模式下，上述工藝參數(shù)經(jīng)過上位機(jī)計(jì)算機(jī)處理，使之成為清晰而精確的“軟件儀表”，將過去人工來不及分析的、各種缺乏相關(guān)性的信息都能充分地利用起來，揭示出它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而對(duì)判斷高爐生產(chǎn)過程和指導(dǎo)操作起到了更多的作用。

在自動(dòng)操作模式下，我們?cè)诔Ｒ?guī)PID調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)之上，增加了非線性變參數(shù)調(diào)節(jié)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)和智能控制等環(huán)節(jié)。

經(jīng)過計(jì)算機(jī)綜合分析和建立數(shù)學(xué)模型，作為人工操作或自動(dòng)調(diào)節(jié)的依據(jù)，并充分利用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存信息量大的優(yōu)點(diǎn)，為高爐的操作提供更準(zhǔn)確、更合理的控制策略。

3．先進(jìn)性

采用智能控制技術(shù)，以改變控制策略去適應(yīng)對(duì)象的復(fù)雜性和不確定性。具有更好的適應(yīng)性、容錯(cuò)性、魯棒性、自組織功能，具有自學(xué)習(xí)能力、更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和人機(jī)協(xié)同功能。不僅依靠單純的數(shù)學(xué)模型，而是能夠根據(jù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累，進(jìn)行在線推理，做出非線性和多因素的判斷，從而優(yōu)選出能隨動(dòng)實(shí)時(shí)變化的最佳控制策略。

通過記錄、分析高爐的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用“優(yōu)選圖法”，指導(dǎo)操作人員，使之確定的每一步動(dòng)作更加精確和科學(xué)。在這種狀況較之傳統(tǒng)人工操作模式下，高爐各操作參數(shù)的離散程度將明顯縮小，向著最佳區(qū)間，甚至最佳點(diǎn)靠攏的趨勢(shì)將非常明顯。

在系統(tǒng)更進(jìn)一步優(yōu)化后，可實(shí)現(xiàn)多種“趨勢(shì)分析”，計(jì)算機(jī)能夠做出趨勢(shì)預(yù)報(bào)，及時(shí)為操作者提供更多的手段，相當(dāng)于真正做到了類似于傳統(tǒng)操作模式下，工藝管理上經(jīng)常會(huì)提出“早調(diào)、勤調(diào)、少調(diào)”的要求。高爐生產(chǎn)過程在應(yīng)用本系統(tǒng)后將更加趨向穩(wěn)定。

二、控制系統(tǒng)實(shí)施方案

1．系統(tǒng)硬件

本系統(tǒng)PLC硬件全部選用施耐德公司的Modicon TSX Quantum 140系列產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)連接使用Modbus TCP/IP Ethernet，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)100MBPS，采用信息行業(yè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP，應(yīng)用層使用Modbus協(xié)議，幾乎不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突，交換式以太網(wǎng)技術(shù)的使用更避免了沖突發(fā)生的可能。網(wǎng)絡(luò)配置包括PLC端和PC機(jī)端兩個(gè)部分。

系統(tǒng)中的每套PLC系統(tǒng)通過插在主底板上的140NOE77100 TCP/IP Ethernet模塊連接在100M快速以太網(wǎng)上，位置比較集中的可以采用雙絞線連接。上位監(jiān)控機(jī)采用雙絞線連接快速以太網(wǎng)。每臺(tái)上位監(jiān)控機(jī)內(nèi)各插入1塊3C905C 100M以太網(wǎng)卡。

通過Quantum 140NOE77100模塊可以定義I/O數(shù)據(jù)表，使用Internet Explorer查看以太網(wǎng)狀態(tài)信息和現(xiàn)場(chǎng)I/O數(shù)據(jù)，也可通過其它的內(nèi)嵌功能，基于Web的BOOTP服務(wù)器配置，SNMP協(xié)議支持等，使網(wǎng)絡(luò)建立、調(diào)試、管理都變得簡(jiǎn)單。

3．組態(tài)軟件

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括PLC組態(tài)及參數(shù)配置、系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信配置、操作員站及工程師站人機(jī)界面設(shè)計(jì)四個(gè)部分。

PLC組態(tài)及參數(shù)配置、下位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的編程均在Concept XL V2.6環(huán)境下完成，它易于使用，功能豐富，具有5種符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程模式。特別是軟件仿真測(cè)試功能最受用戶歡迎，大大縮短了在線調(diào)試時(shí)間。高爐及熱風(fēng)爐根據(jù)控制流程不同，可以采用LD、FBD兩種編程方式。程序功能包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)量程變換、參數(shù)監(jiān)視及異常處理、各種連鎖及控制。

本系統(tǒng)涉及工藝參數(shù)較多，有壓力、溫度、差壓、流量、質(zhì)量、料位、閥位、液位等等。高爐本體及熱風(fēng)爐控制工藝復(fù)雜，設(shè)計(jì)和配備必要的調(diào)節(jié)回路。靈活的Concept編程軟件為實(shí)現(xiàn)各種控制工藝提供了豐富的功能，可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際編寫出各種需求的功能。

上位監(jiān)控工作站由8臺(tái)Advantech工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成整個(gè)系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)設(shè)備控制，生產(chǎn)報(bào)表的生成和打印、數(shù)據(jù)備份等工作。上位機(jī)監(jiān)控軟件中人機(jī)界面的設(shè)計(jì)采用GE Fanuc iFIX 4.0軟件，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)，數(shù)據(jù)報(bào)表，數(shù)據(jù)采集，報(bào)警記錄，動(dòng)態(tài)顯示等豐富功能。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性好，可以完成監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)、過程數(shù)據(jù)庫建立以及監(jiān)控軟件各功能塊的編制等項(xiàng)的功能。其著重點(diǎn)是確保系統(tǒng)可靠，以及如何方便于操作。

4．系統(tǒng)總圖

高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)配置總圖詳見圖1。

圖1 高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)配置圖

圖中：整個(gè)PLC系統(tǒng)包括5個(gè)CPU主機(jī)站、6個(gè)PLC I/O站和Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線。CRT1～CRT4為爐頂及卷揚(yáng)操作站、高爐本體操作站、上料操作站、熱風(fēng)爐操作站，CRT5為工程師站，CRT6為布袋除塵操作站、CRT7為出鐵場(chǎng)、原料場(chǎng)除塵系統(tǒng)操作站。

其中網(wǎng)絡(luò)連接：24端口以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)置在高爐主控室內(nèi)，2臺(tái)8端口以太網(wǎng)交換機(jī)分別設(shè)置在布袋除塵和礦槽控制室內(nèi)。高爐主控室至布袋除塵、高爐主控室至礦槽控制室之間，通過光纖連接。采用帶光纜接口的交換機(jī)，或使用光電轉(zhuǎn)換器，用光纖連接以太網(wǎng)。

5．主要功能描述

本系統(tǒng)將是一個(gè)集順序控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集、工況監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理為一體的計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)。主要功能如下：

? 對(duì)電動(dòng)機(jī)、閥門等以及成套機(jī)電設(shè)備的開關(guān)量控制，包括分組連鎖起動(dòng)、分組連鎖關(guān)機(jī)、組內(nèi)自動(dòng)連鎖控制、組內(nèi)單步連鎖控制、系統(tǒng)單步調(diào)試。
? 過程控制數(shù)據(jù)的采集和處理（包括開關(guān)量和模擬量）。
? 完善的報(bào)警功能。開關(guān)量和模擬量報(bào)警的顯示、確認(rèn)、記錄和打印。報(bào)警發(fā)生的開始時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間均能自動(dòng)記錄。
? 動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖畫面，各畫面之間可以自由切換。
? 歷史曲線圖、實(shí)時(shí)曲線圖、電氣儀表圖和棒形圖顯示和打印。
? 定時(shí)打印或即時(shí)打印生產(chǎn)班報(bào)表、生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表、生產(chǎn)月報(bào)表。定時(shí)打印的時(shí)間間隔可修改，即交接班時(shí)間可通過操作設(shè)定。
? 面向目標(biāo)的操作方式，友善的人機(jī)操作界面。對(duì)某臺(tái)設(shè)備的操作，只需把光標(biāo)移到相應(yīng)的目標(biāo)（如電機(jī)、閥門）的圖形位置上就可完成操作。如目標(biāo)能被選中，則允許操作，否則操作無效。
? 系統(tǒng)時(shí)間、模擬量報(bào)警上下限的設(shè)置和修正。
? 較強(qiáng)的系統(tǒng)自診斷功能，包括PLC模塊出錯(cuò)顯示，在線查看開關(guān)量和模擬量條件表。
? 操作記錄、開關(guān)量報(bào)警列表、模擬量報(bào)警列表的自動(dòng)記錄和顯示打印。
? 為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，對(duì)系統(tǒng)的某些重要操作設(shè)置密碼，以防無關(guān)人員隨意進(jìn)入操作。

6．PLC控制功能

⑴ 爐頂系統(tǒng)

? 爐頂布料程序控制和爐頂設(shè)備順序控制；
? 料流調(diào)節(jié)閥開度控制；
? 溜槽傾動(dòng)和旋轉(zhuǎn)控制；
? 料線測(cè)量和探尺控制；
? 爐頂均排壓控制；
? 爐頂溫度監(jiān)測(cè)和壓力控制。

⑵ 槽下系統(tǒng)

? 焦炭、礦石的備料系統(tǒng)；
? 原料的稱量補(bǔ)償和水分控制；
? 高爐裝料程序控制。

⑶ 高爐本體

? 爐體各點(diǎn)的溫度、壓力、流量檢測(cè)；
? 爐喉溫度和煤氣成分?jǐn)?shù)據(jù)處理；
? 熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)；
? 爐體冷卻水壓力、流量測(cè)量；
? 風(fēng)口平臺(tái)出鐵場(chǎng)蒸氣、壓縮空氣、O2的流量及壓力測(cè)量；
? 爐體參數(shù)監(jiān)控和報(bào)警；
? 爐體系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理。

⑷ 熱風(fēng)爐系統(tǒng)

? 熱風(fēng)爐燃燒調(diào)節(jié)閥遙控操作；
? 煤氣總管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)；
? 熱風(fēng)爐拱頂溫度記錄；
? 熱風(fēng)爐出口溫度記錄；
? 熱風(fēng)爐燃燒室溫度記錄；
? 熱風(fēng)爐廢氣溫度記錄；
? 熱風(fēng)爐總管壓力記錄；
? 冷風(fēng)總管壓力、流量記錄；
? 冷風(fēng)總管溫度指示；
? 凈煤氣總管溫度、壓力指示；
? 凈煤氣總管流量、溫度指示；
? 助燃空氣總管壓力、溫度指示；
? 助燃空氣，總管流量記錄；
? 冷卻水壓力指示；
? 冷卻水流量指示、累計(jì)；
? 冷風(fēng)均壓信號(hào)；
? 廢氣排壓信號(hào)；
? 生產(chǎn)聯(lián)絡(luò)信號(hào)。

⑸ 布袋除塵系統(tǒng)

? 荒煤氣總管溫度指示、記錄、報(bào)警、連鎖；
? 荒煤氣總管壓力指示；
? 荒煤氣總管壓差指示、應(yīng)答、連鎖；
? 凈煤氣溫度指示；
? 凈煤氣流量指示、累計(jì)；
? 凈煤氣含塵量檢測(cè)、報(bào)警。

⑹ 其它系統(tǒng)

? 除塵系統(tǒng)的煤氣溫度、壓力測(cè)量；
? 沖渣水壓力、流量采集。

三、系統(tǒng)啟動(dòng)和運(yùn)行

接通系統(tǒng)總電源后，先開啟PLC系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電源，待進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)后，再打開操作站彩色顯示器和工控機(jī)電源，系統(tǒng)引導(dǎo)后直接進(jìn)入主菜單。主菜單有四個(gè)選項(xiàng)：

運(yùn)行操作──進(jìn)入系統(tǒng)概貌圖，根據(jù)系統(tǒng)概貌圖中的功能按鈕，進(jìn)入各項(xiàng)相應(yīng)操作。
歷史曲線──顯示并打印已記錄在硬盤中的模擬量數(shù)據(jù)。
報(bào)表打印──查看及打印生產(chǎn)班報(bào)表、生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表、生產(chǎn)月報(bào)表。
系統(tǒng)維護(hù)──進(jìn)入與系統(tǒng)設(shè)置和維護(hù)有關(guān)的各項(xiàng)操作。

1. 系統(tǒng)畫面

為了使畫面整齊、美觀，各系統(tǒng)監(jiān)控畫面分別由一幅系統(tǒng)主工藝畫面和若干幅分畫面組成，系統(tǒng)主工藝上只顯示重要的目標(biāo)和數(shù)據(jù)。如要了解更詳細(xì)的情況可切換到分畫面上，就能看到進(jìn)入PLC系統(tǒng)的所有測(cè)點(diǎn)目標(biāo)和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，全部使用漢字提示。按主菜單運(yùn)行操作按鈕后進(jìn)入系統(tǒng)主工藝畫面。

在主畫面的底部有一個(gè)按鈕式的子菜單，將包括：爐頂及卷揚(yáng)、高爐本體、熱風(fēng)爐、布袋除塵、和轉(zhuǎn)運(yùn)站、系統(tǒng)組操作、報(bào)警列表、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)一覽表按鈕。按前面幾個(gè)按鈕，可以進(jìn)行畫面之間的切換。后面四個(gè)按鈕，用于選擇其它功能操作。

在各監(jiān)控畫面上，用不同的圖形表示電機(jī)和閥門等設(shè)備；在組操作中，用漢字設(shè)備名稱指示框表示之。以不同的顏色來表示電機(jī)是否備妥、正常運(yùn)行，報(bào)警和報(bào)警已被確認(rèn)。從運(yùn)行的目標(biāo)是否帶有邊框可以區(qū)分出，該設(shè)備是在集中方式下或是在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁啟動(dòng)的。

2. 運(yùn)行操作

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)以組操作為主。按下組操作按鈕，就能彈出一個(gè)標(biāo)注設(shè)備名稱的流程框圖構(gòu)成的組操作畫面，根據(jù)開車順序分別起動(dòng)各組電機(jī)。在組操作區(qū)中有組開、組關(guān)、暫停、退出四個(gè)按鈕供操作選擇。各按鈕前的指示燈綠色表示正在執(zhí)行該操作，將光標(biāo)直接對(duì)準(zhǔn)組內(nèi)電機(jī)，也可進(jìn)行組內(nèi)單步連鎖操作。

圖2 高爐立面設(shè)計(jì)示例

圖3 高爐爐頂上料示例

在進(jìn)入系統(tǒng)單步調(diào)試狀態(tài)后，除了在組操作畫面上操作外，也能直接在各個(gè)子畫面上，面向目標(biāo)進(jìn)行單步調(diào)試操作，如選中時(shí)目標(biāo)為黃色，進(jìn)行開機(jī)操作；如目標(biāo)為綠色，則進(jìn)行關(guān)機(jī)操作。

對(duì)高爐生產(chǎn)中的幾個(gè)關(guān)鍵過程，在相關(guān)的畫面中設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔而醒目的動(dòng)態(tài)顯示。如在高爐上料環(huán)節(jié)中，我們充分利用安裝在減速機(jī)輸出軸的絕對(duì)位置編碼器信號(hào)，在分畫面中動(dòng)態(tài)顯示料車位置。在高爐布料過程中，我們將根據(jù)布料和探尺相關(guān)設(shè)備的返回信號(hào)，動(dòng)態(tài)模擬顯示高爐料層的實(shí)時(shí)位置。同時(shí)通過Modbus總線將變頻器和PLC連接起來，實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器的運(yùn)行狀態(tài)。如此直觀的畫面，再配合以工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)和報(bào)警狀態(tài)顯示，操作人員就能夠?qū)Ω郀t的主要實(shí)時(shí)運(yùn)行工況一目了然，對(duì)提高系統(tǒng)安全性和可靠性提供了扎實(shí)的保證，并且在便于工人的操作方面也都是十分有益的。

3．過程控制

從實(shí)用的角度出發(fā)，本系統(tǒng)的模擬量輸出主要用于閥門的調(diào)節(jié)和閥位控制。并按工藝要求設(shè)置必要的單回路PID自動(dòng)調(diào)節(jié)回路，必須是到目前為止公認(rèn)比較成熟和可靠的。高爐各系統(tǒng)生產(chǎn)過程檢測(cè)與控制項(xiàng)目如下：

⑴ 礦槽料位

每個(gè)礦槽上裝一臺(tái)料位計(jì)。礦槽料位信號(hào)作為上料控制用。在礦槽三樓控制室設(shè)有監(jiān)視儀表盤，同時(shí)礦槽料位信號(hào)也遞至高爐主控樓計(jì)算機(jī)。

⑵ 槽下稱量

槽下每個(gè)稱量斗設(shè)一臺(tái)電子秤，其信號(hào)送至高爐主控樓計(jì)算機(jī)，對(duì)稱量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

⑶ 高爐本體、無料鐘爐頂及粗煤氣系統(tǒng)

高爐本體檢測(cè)項(xiàng)目主要有：爐基、爐底、爐身、爐喉、爐頂溫度、風(fēng)渣口小套出水溫度和冷、熱風(fēng)溫度；爐底、爐喉鋼磚冷卻水流量、壓力，爐體冷卻工業(yè)水流量、壓力，風(fēng)渣口小套高壓水流量、壓力，沖渣水流量、壓力，壓縮空氣、氮?dú)?、蒸汽流量、壓力；高爐全壓差及爐靜壓、爐身透氣性測(cè)量。

爐頂料罐內(nèi)壓力、溫度檢測(cè)。料罐料空信號(hào)料位計(jì)測(cè)量；高爐料線測(cè)量，爐頂氣密箱溫度、氣密箱冷卻水溫度、流量測(cè)量。

粗煤氣系統(tǒng)有除塵器上部煤氣壓力、溫度測(cè)量；除塵器下部錐體溫度測(cè)量。

爐頂煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)；熱風(fēng)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)；爐頂?shù)庥玫獨(dú)鈮毫ψ詣?dòng)調(diào)節(jié)等。

⑷ 熱風(fēng)爐

熱風(fēng)爐系統(tǒng)拱頂溫度、煤氣溫度和含氧量，熱風(fēng)爐煤氣量、助燃空氣量，熱風(fēng)爐冷風(fēng)閥前后差壓及煙道閥前后差壓，其均壓信號(hào)可送電氣聯(lián)鎖；冷風(fēng)總管壓力、溫度、流量；煤氣總管溫度、壓力、流量?？諝忸A(yù)熱器前后煙氣溫度，壓力及空氣溫度。前置預(yù)熱器前后煙氣溫度、壓力，煤氣溫度、壓力，空氣溫度、壓力。冷卻水溫度、壓力、流量和出水溫度。燃燒過程可根據(jù)拱頂溫度控制煤氣調(diào)節(jié)閥，助燃空氣與煤氣采用配比調(diào)節(jié)。助燃空氣總管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)等。

⑸ 布袋除塵系統(tǒng)

布袋除塵系統(tǒng)每個(gè)箱體的出口支管，裝有煤氣流量測(cè)量：布袋除塵器下部錐體及中間灰斗設(shè)有料位檢測(cè)。

除塵器人口總管設(shè)有煤氣壓力、溫度測(cè)量；凈煤氣總管設(shè)有煤氣壓力、溫度、流量和含塵量測(cè)量。

⑹ 礦槽除塵和出鐵場(chǎng)除塵

礦槽和出鐵場(chǎng)除塵器前溫度檢測(cè)。除塵器進(jìn)出口差壓測(cè)量?；叶犯叩土衔贿B鎖及報(bào)警。除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和報(bào)警等。

以高爐布料為例：高爐冶煉過程是連續(xù)的，爐內(nèi)有壓力且產(chǎn)生大量煤氣，整個(gè)過程是和大氣隔絕的。在隔絕的狀況下如何源源不斷地把爐料加到爐內(nèi)，對(duì)保證高爐正常冶煉至關(guān)重要。

目前普遍使用的無料鐘爐頂如圖4所示。該成套設(shè)備為串罐式，用于高爐爐頂受料與給料及布料，布料工藝性能好，可實(shí)現(xiàn)多環(huán)或任意點(diǎn)布料。通常都采用料流調(diào)節(jié)閥加布料溜槽的控制方式，來確保礦石、焦炭在爐內(nèi)的精確布料。工作過程簡(jiǎn)述如下：

⑴ 受料斗空，擋料閥關(guān)，上密封閥關(guān)。上料；

⑵ 料罐空，料流調(diào)節(jié)閥關(guān)，滾筒停，下密封閥關(guān)。打開放散閥，料罐壓力降至大氣壓；

⑶ 打開上密封閥，打開擋料閥，由受料斗向料罐放料，放空后關(guān)閉擋料閥、關(guān)閉上密封閥；

⑷ 關(guān)閉放散閥，打開一次均壓閥，料罐充壓，關(guān)一次均壓，開二次均壓至料罐壓力與高爐壓力相等或略高，關(guān)二次均壓，開下密封閥。

⑸ 料線到達(dá)設(shè)定值，開始布料過程：

a. 提料尺，溜槽運(yùn)動(dòng)到設(shè)定位置，開料流調(diào)節(jié)閥到設(shè)定的γ角并啟動(dòng)給料滾筒，向高爐布料。

圖4 下料閥調(diào)節(jié)工作示意

b. 料罐空，停滾筒，關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉下密封閥，放探尺。本次布料結(jié)束。再承接第⑵步，如此周而復(fù)始。

利用料流調(diào)節(jié)閥和布料溜槽控制布料原理如圖5和圖6所示：

圖5 下料閥調(diào)節(jié)工作示意 圖6 布料溜槽工作示意圖

高爐爐料經(jīng)過礦槽配料工藝后，先進(jìn)入到爐頂上料斗和下料斗，在高爐接到布料指令后，其下料斗的料流調(diào)節(jié)閥首先要按工藝要求開啟到給定的開度（即γ角），爐料按一定的流量經(jīng)布料滾筒后流到布料溜槽上，布料溜槽也按工藝要求升到一定的傾動(dòng)角度（即α角），同時(shí)，布料溜槽還在水平面方向上進(jìn)行著勻速旋轉(zhuǎn)（即β角）。這樣爐料就可以均勻的布到高爐的料面上了。

圖7 下料斗調(diào)節(jié)閥開度控制流程圖

從上述基本控制原理可以看出，只要控制好α、β、γ三個(gè)角度，就能把爐料按任意的形式布到爐內(nèi)。高爐布料方式一般有環(huán)形布料、扇形布料、螺旋形布料和定點(diǎn)布料等幾種，最多使用的還是環(huán)形布料，即一批料以不同的傾動(dòng)角度布到爐內(nèi)，形成以高爐中心為圓心的數(shù)個(gè)圓環(huán)，使?fàn)t料均勻的布在爐內(nèi)。如果在冶煉過程中出現(xiàn)爐內(nèi)料面不均勻的情況，則可以利用扇形布料或定點(diǎn)布料來彌補(bǔ)?；蛘郀t長根據(jù)爐況需要，為改善透氣性、保護(hù)爐壁使其溫度不致過熱等等原因，也需要采用扇形或定點(diǎn)布料的方法來改善爐內(nèi)爐料的分布狀態(tài)。

在布料控制過程中下料斗調(diào)節(jié)閥開度（即γ角的控制）是至關(guān)重要的，只有精確控制好γ角，才能有效地控制好下料流量，進(jìn)而更準(zhǔn)確的控制好每批料布料的厚度、環(huán)數(shù)及布料的起點(diǎn)和終點(diǎn)。

由爐頂料流調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度返回值（采用自整角機(jī)或光電編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)換成實(shí)際角度），并接收爐頂控制系統(tǒng)發(fā)出的γ角開度大小和動(dòng)作指令。經(jīng)分析處理后轉(zhuǎn)換成4～20mA的電信號(hào)控制直流驅(qū)動(dòng)裝置。為了使系統(tǒng)既有較快速響應(yīng)特性，又能達(dá)到較理想的準(zhǔn)確度，采用PID調(diào)節(jié)和邏輯控制相結(jié)合的方法。其程序流程如圖7所示。

PLC控制系統(tǒng)首先檢測(cè)γ角的給定值和實(shí)際返回值，并計(jì)算出它們的差值δ, 當(dāng)δ值大于某個(gè)角度（比如2度）時(shí)，給定直流驅(qū)動(dòng)裝置以較大的步長，使系統(tǒng)快速反應(yīng)；當(dāng)δ值小于某個(gè)角度、即γ角接近給定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入PID調(diào)節(jié)控制狀態(tài)，即隨著δ值的減小，控制系統(tǒng)給定的調(diào)節(jié)幅度也按比例減小，直至為零。

PID調(diào)節(jié)的各項(xiàng)參數(shù)（比例、微分、積分系數(shù)，延時(shí)時(shí)間，偏移量等）必須反復(fù)調(diào)試才能達(dá)到最好效果，確保較高的控制精度。

高爐冷風(fēng)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)和爐頂壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，可根據(jù)用戶的需求酌情采用。

4. 開關(guān)量報(bào)警

電機(jī)在運(yùn)行過程中備妥消失，或在啟動(dòng)以后沒有及時(shí)得到運(yùn)行應(yīng)答信號(hào)，或在運(yùn)行過程中有過電流，或出現(xiàn)綜合故障時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出報(bào)警。一旦檢查到開關(guān)量報(bào)警，屏幕上相應(yīng)的目標(biāo)變成紅色閃動(dòng)且有聲響。如報(bào)警目標(biāo)不在當(dāng)前畫面上，系統(tǒng)畫面切換按鈕上會(huì)顯示紅色閃動(dòng)邊框，提示到該畫面中去尋找報(bào)警目標(biāo)。對(duì)其進(jìn)行操作即可確認(rèn)此報(bào)警，確認(rèn)后紅色不閃，聲響消失，目標(biāo)的紅色一直要保持到報(bào)警狀態(tài)完全解除后才能消失。

在開關(guān)量報(bào)警列表中，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄報(bào)警的目標(biāo)名稱，報(bào)警產(chǎn)生時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間、解除時(shí)間等，分別以不同的顏色來表示。

5. 模擬量報(bào)警

在系統(tǒng)主工藝畫面和各個(gè)分圖中可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示模擬量數(shù)值。此值在正常時(shí)以綠色顯示；超出設(shè)定上下限，且系統(tǒng)正處于正常運(yùn)行狀態(tài)，就會(huì)出現(xiàn)模擬量報(bào)警，此時(shí)數(shù)值成紅色閃動(dòng)和發(fā)出聲響，并在屏幕頂端出現(xiàn)報(bào)警窗口，提示模擬量名稱、報(bào)警的發(fā)生時(shí)間、越限值和確認(rèn)按鈕。經(jīng)確認(rèn)后報(bào)警窗口消失。模擬量報(bào)警列表與開關(guān)量報(bào)警列表相同。

6. 實(shí)時(shí)趨勢(shì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示包括實(shí)時(shí)曲線、棒形圖、電氣儀表圖三個(gè)子功能按鈕。按下某功能按鈕，可分別進(jìn)入不同的圖形顯示。實(shí)時(shí)曲線窗口畫面分四個(gè)小顯示窗口，能同時(shí)顯示四條實(shí)時(shí)曲線。按下設(shè)置按鈕后屏幕上彈出一個(gè)選擇窗口，列出可供選擇的各個(gè)模擬量。

7. 歷史曲線

在系統(tǒng)主菜單中按歷史曲線按鈕，可進(jìn)入歷史曲線和趨勢(shì)查詢和打印功能。屏幕上可以單幅顯示也可以用四個(gè)歷史曲線窗口，分別顯示四幅不同的歷史曲線。在選擇顯示或打印之前，歷史曲線的日期、起始時(shí)間、時(shí)間間隔都能進(jìn)行設(shè)定，并能實(shí)現(xiàn)曲線的左右移動(dòng)。

8. 報(bào)表打印

在系統(tǒng)菜單選擇報(bào)表打印，就可進(jìn)入報(bào)表打印功能。屏幕先顯示當(dāng)前時(shí)刻的生產(chǎn)班報(bào)表，右下角有報(bào)表選擇按鈕。報(bào)表打印設(shè)有定時(shí)打印和即時(shí)打印兩種方式。在選擇打印功能后打印機(jī)自動(dòng)通電。

9. 系統(tǒng)維護(hù)

選擇主菜單中的系統(tǒng)維護(hù)，即彈出系統(tǒng)維護(hù)功能子菜單，對(duì)能改變系統(tǒng)運(yùn)行狀況的維護(hù)功能，必須從鍵盤輸入密碼才能進(jìn)入。各選項(xiàng)如下：

系統(tǒng)單步調(diào)試：用于設(shè)置系統(tǒng)成單步調(diào)試狀態(tài)。

系統(tǒng)操作記錄：記錄上位機(jī)的權(quán)限轉(zhuǎn)換、狀態(tài)變化及運(yùn)行操作?？稍敿?xì)記錄當(dāng)班人員的每一步操作，包括組操作、開停機(jī)，對(duì)報(bào)警的響應(yīng)和調(diào)用的其它功能?？煞瓌?dòng)查閱500個(gè)記錄，500個(gè)以前的操作均記錄在硬盤上，最多可記錄一個(gè)星期或更長的時(shí)間。

系統(tǒng)打印設(shè)置：用于設(shè)置系統(tǒng)的生產(chǎn)班報(bào)表、生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表、生產(chǎn)月報(bào)表的定時(shí)打印和即時(shí)打印。設(shè)置按鈕前有一指示燈，表示當(dāng)前打印狀態(tài)。

系統(tǒng)健康圖：用于顯示下位機(jī)各模塊的運(yùn)行狀況。當(dāng)下位機(jī)某一模塊發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，該圖中所對(duì)應(yīng)的模塊就閃紅報(bào)警，直到故障排除為止。

圖8 PLC系統(tǒng)健康圖

開關(guān)量和模擬量控制條件表：分頁顯示系統(tǒng)開關(guān)量和模擬量控制條件表。表中詳細(xì)列出設(shè)備名稱、PLC接點(diǎn)位號(hào)、以及機(jī)柜內(nèi)來去的端子號(hào)，儀表位號(hào)和量程，以及系統(tǒng)配電圖等。維修人員無須再去查閱圖紙，就能掌握現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的來龍去脈，一目了然，十分方便。模擬量控制條件表中的報(bào)警上下限參數(shù)，還可通過鍵盤修改。

班工作時(shí)間設(shè)置：可通過鍵盤或跟蹤球設(shè)置早、中、晚三班的起始時(shí)間，各個(gè)班按八小時(shí)間隔自動(dòng)分配。

系統(tǒng)時(shí)間校正：可通過鍵盤或跟蹤球校正系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)、分、秒。

系統(tǒng)密碼設(shè)置：用于設(shè)置系統(tǒng)的各級(jí)密碼。

蘇州鋼鐵廠高爐集中控制系統(tǒng)操作臺(tái)

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湖北興成礦業(yè)公司高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)