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高炉自动控制系统
河北理工大学轻工学院
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　　【摘要】
　　宣钢7#高炉是一座450M3中型高炉，年产生铁约55万多吨。宣钢7#高炉槽下上料为皮带上料到中间斗，再经主卷扬运往炉顶受料斗；炉顶为串罐无料钟炉顶。自动控制系统采用ABB公司的Industrial IT工业用集散过程控制系统（DCS）。该系统控制稳定、可靠、故障率低，将先进控制思想、现代通讯技术和IT技术的最新发展集于一身。本体各种温度、压力、流量全部进入计算机。本文介绍的就是宣钢7#高炉的自动控制系统。
　　
　　【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..
　　
　　【关键词】
　　过程站；操作站；组态软件；信号采集；实时监控；Industrial IT
　　
　　【Keyword 】 process station；operating stations；configuration software; signal acquisition; 
　　real-time monitoring; Industrial IT
　　
　　前言：
　　　　槽下上料、炉顶上料自动控制由一个过程站完成，其为ABB公司Industrial IT AC—800F DCS 系统，采用双机热备用，双网冗余，通过PROFIBUS下挂I/O模块配置方式，放在槽下主控室， 系统配有2台工控机作为人机接口操作站,其中一台兼工程师站。炉顶顶压调节及高炉主要仪表参数由一个过程站完成，放在工长值班室，其为ABB公司Industrial IT F2K DCS 系统配有2台工控机作为人机接口操作站，用于高炉自控系统运行状态的监控及上料料单的设定等。热风炉和高炉的各种温度、压力、流量等仪表信号进入热风过程站，其为ABB公司Industrial IT AC800 系统，通过CAN总线下挂I/O模块配置方式，放在热风主控室，配有1台工控机作为人机接口操作站。各个过程站、操作站经双绞线通过交换机连接。 
 
　　　　从图中看出：槽下过程站、值班室过程站、槽下操作站、本体操作站、值班室操作站是一个闭环的以太网；热风过程站、热风操作站是一个闭环的以太网；它们之间用光纤连接。 
 
　　下面逐个介绍各个部分的组成及自动控制。
　　
　　一．操下过程站
　　　　操下过程站采用ABB公司的Industrial IT AC—800F工业用集散过程控制系统（DCS）。该产品具有极高的可靠性，保证系统平稳运行、极丰富的编程指令和扩展模块、灵活的模块组合，可以满足各种复杂工艺的控制要求，极强的通信能力，完成可靠的数据采集。由一台AC—800F(带冗余)，通过FI830通信模件ProfiBus总线经CI830下挂AI810模拟输入模件，DI810数字输入模件，AO820模拟输出模件，DO810数字输出模件构成整套的控制站。通过TCP协议上挂DELL计算机，完成各种指令的操作，数据的监视、采集、归档等构成的操作站以及用于程序的在线调试、修改的工程师站〈见下图〉。 
 
　　　　本控制站主要控制槽下上料、高炉本体上料、及通讯。
　　
　　〈一〉、槽下上料
　　　　槽下上料系统共有16个贮矿仓，分别对应由8个变频器控制16个矿振动筛，筛往8个一次称斗，由运矿主皮带经翻板分别运往2个中间矿称斗；2个贮焦仓，分别对应2个焦振动筛，筛往2个焦斗；再由主卷扬运往炉顶受料斗。16个矿振动筛、运矿皮带、2个焦振动筛都由变频控制；主卷扬分别由两个变频控制。
　　1、 称斗：根据料单的设定，启动由变频器带动的振动筛将烧结矿、球团等筛分为合格的入炉矿石，并做计量、补偿计算。
　　2、 皮带：将一次称斗筛的料运往中间斗。
　　3、 中间斗：当某一中间斗空时，启动主皮带，根据处方设置，开相应的一次称斗料门，装入矿石待用。
　　4、 焦斗：根据料单的设定，启动焦振动筛对焦一次筛分；并做计量、补偿计算。
　　5、 绞车：通过上料程序控制，是焦时，开焦斗门；是矿石，开中间斗门，将料装入相应绞车，由变频带动主卷扬将料运往炉顶受料斗。
　　 
　　槽下上料系统
　　〈二〉、高炉本体上料 
　　 高炉炉顶采用石家庄三环阀门公司制造的WZ-C型串罐式无料钟炉顶设备。即摆动—旋转布料溜槽式炉顶，用一个旋转溜槽和两个密封料斗代替了以往钟斗型式的炉顶，无钟式炉顶的设备构成使其布料理想调整灵活，取消了庞大笨重而又要精密加工部件，代之以积木式系统的部件，解决了制造、运输、安装、维修和更换方面困难。当然，它存在着许多问题，如控制系统较复杂，要求有可靠的监护系统，防止堵料，卡料；炉顶温度不能太高，要有优质的材料等等。所以就要求我们程序设计时考虑周到，满足生产的各种需要。
　　1、 受料斗：接受从绞车送来的料，下口有一个截料阀。截料阀、上密、放散阀都在关位置，受料斗料不够：绞车即可往上送料。料够后，通过截料阀、上密实现向料罐装料。
　　2、 料罐：贮存炉料，可容纳一批矿或一批焦。在料罐上口安有上密封阀，可在料仓漏料入炉时，密封住炉内煤气。料仓下口有下密阀。料罐空，受料斗料够：打开放散，打开上密封阀，打开截料阀，关放散，料入料罐。受料斗料空后，上密封阀和截料阀关闭，料仓均压。当探尺发出装料入炉的信号时，打开下密封阀，同时给溜槽信号，使其由停机位置起动旋转。
　　3、 探尺：探测炉内料面深度。当料面达到设定值，提探尺，允许料罐向炉内放料。
　　4、 溜槽（倾动）：它的传动机构，包括行星减速机和气密箱两部份，传动系统要使溜槽能完成绕高炉中心线的旋转运动和在垂直平面内改变溜槽倾角运动。溜槽的倾角驱动是由一台交流伺服控制器完成的。为了对溜槽泊位置进行准确定位，设置有绝对角度编码器。在溜槽倾角的两个极限位置设有两个位置传感器（接近开关）作为安全自锁和报警装置。
　　5、 料流：是通过阀门角度（γ）的改变，调节向高炉布料的料流速度，用于和倾动倾角（α）和旋转（β）同步配合，达到符合要求的每层布料。
　　6、 回转：通过变频电机控制溜槽的旋转速度，以达到工艺要求的溜槽在每一环上的圈数。
　　7、 编码器：记录倾动、料流、回转角度。
　　 
　　〈三〉、通讯
　　　　过程站PS包含有CPU模件、电源及系统网络接口，AC800F是现场总线控制器，它为用户提供了使用现场总线技术的灵活性，可采集来自4条现场总线（类型可不同）的过程数据和诊断信息，并完成与PS相同的控制任务。通过以太网（Ethernet）与整个系统（如OS、PS其它FC）通讯。此系统采用PROFIBUS现场总线完成与I/O模件的通讯，通过工业以太网（Ethernet）完成各站之间的连接。
　　
　　二．值班室过程站
　　　　值班室过程站采用ABB公司的Freelance2000控制系统，下挂DAI04模件，DAI07模件，DAO01模件。本过程站主要完成高炉顶压、顶温、铁水温度、油压的A/D转换及炉顶顶压调压阀组的PID调节。 
 
　　　　7#高炉调压阀组由三个调压阀和三台执行机构组成。执行机构均为ZHB型。ZHB电动执行机构由控制器、驱动电机、减速器和位移检测机构四部分组成。过程站通过顶压反馈信号与设定值比较，经过PID运算输出4～20Ma模拟信号给仪表手操器，手操器输出经A/D转换后，在单片机内与阀位信号进行运算比较，输出相应的开关信号，用于驱动伺服电机的正反转动，经机械减速变换后驱动阀门。阀位开度经位移传感器检测变换为与位移成正比的电压信号，这个信号经A/D转换后用于调节控制。当顶压进行自动调节时，一个阀可以设为自动，另两个设为手动，可以实现顶压自动控制。
　　
　　三、热风过程站
　　　　热风炉自动控制采用ABB公司的Freelance2000控制系统，分为操作级、通讯级、过程级。配有模拟输入模件，数字I/O模件。主要完成高炉本体各种仪表温度、压力、流量的模拟信号采集；热风炉温度、压力、流量的模拟信号采集；热风炉各种阀位的反馈；调节阀位的PID调节。
　　
　　1、本体仪表
　　　　来自高炉本体热电偶信号进DAI04模件，水流量、压力mV信号进DAI07模件经过A/D转换，通过网络传到高炉值班室操作站。
　　2、热风炉
　　　　热风炉自动控制主要包括三个热风炉的换炉与各调节阀的阀位开关显示以及其它阀的开关和各阀极限位、各点温度、压力、流量等值的显示。
　　　　热风炉主画面包括三座热风炉（它的图形是根据实际热风炉的正视图画制完成的），各个阀以及各炉操作按钮及各点数据的显示。 
 
　　　　每座热风炉的状态包括闭炉、燃烧、送风三种，在画面中每种状态都用不同的颜色加以表示，每座热风炉上的各个阀的开关极限位也有不同的颜色显示出来，而在开关转换的过程中，其过程状态则用另一种颜色表示。同时在画面中各种仪表数据也都用数字值显示出来。这种很直观的显示方式很能说明当前的炉况，给操作工观察及操作带来极大的方便。
　　　　在组画面中各调节阀的设定值以及过程值阀位反馈值等都可以显示出来，而且它的过程值也可以通过设定来重新改变差值，使调节阀根据差值来自动的开或者关。
　　　　热风炉在高炉炼铁中起着非常重要的作用，而热风炉的关键就在于它在烧炉、送风等过程中的操作是否正确合理，这就关系到它的煤气流量、空气流量、烧嘴温度、顶压等控制是否达到要求，其中调节阀主要就是用来控制这些流量、温度、压力等的变化，所以它控制的成功与否直接与高炉的情况在着必联系。五号高炉中的四座热风炉的煤气流量、空气流量、顶压、烧嘴温度等模拟量均由PID调节阀来调节，调节阀的自动实现是这些参数运行稳定的保障。
　　　　调节阀的自动控制原理是：由调节仪表给进来的4――20MA模拟输入信号接入过程站的模拟输入（DAI07）模件，经AD转换后与计算机内的调节阀阀位信号进行比较，根据差值输出相应的开关信号用于驱动伺服电机正反向转动，经机械减速变换后驱动阀门，输出4――20MA模拟信号供系统显示跟踪控制，控制原理图如下： 
 
　　　　随着高炉投产一年多以来调节阀在热风炉中的实际应用，我们看到了它基本上达到了要求，充分发挥出了方便、准确的调节作用。从而使热风炉在高炉供热风的过程当中更加稳定、精确，为保证高炉的顺行提供了有力的保障。 
　　
　　四、结束语
　　　　宣钢7#高炉的全自动控制系统，具备操作简单，监测到位，供料快，可靠，准确等优点，达到了预定的要求，为高炉尽快达产、稳产、高产打下了坚实的基础。
 

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