施耐德QUANTUM PLC在高爐生產(chǎn)中的應(yīng)用(一)

摘要：本文詳細(xì)闡述了施耐德QUANTUM PLC在高爐基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)中的控制內(nèi)容、功能要求、軟硬件及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、詳細(xì)控制方案及調(diào)試應(yīng)用體會。

　　一、概述

　　邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司位于河北省南部重工業(yè)城市---邯鄲市，1958年建廠，屬國家特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，具有年產(chǎn)鐵鋼材500萬噸的生產(chǎn)能力。1999年8月，五大技改工程之一的2000m3高爐動工建設(shè)，2000年6月高爐順利出鐵。該高爐為引進(jìn)德國克虜伯鋼鐵公司的設(shè)備和技術(shù)，年產(chǎn)生鐵150萬噸，利用系數(shù) 2.5，焦比480kg，噴煤量150kg/t，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)位居國內(nèi)同類型高爐第三名。

　　二、機(jī)型

　　2000m3高爐包括高爐及熱風(fēng)爐本體、水處理、煤粉噴吹、環(huán)保除塵等崗位，從性價比綜合指標(biāo)考慮，采用了大量性能優(yōu)良的施耐德電氣產(chǎn)品。高爐熱風(fēng)爐本體基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)PLC選用了TSX QUANTUM系列產(chǎn)品，風(fēng)機(jī)變頻器選用了Altivar產(chǎn)品，低壓電器選用施耐德軟起動器、梅蘭日蘭開關(guān)、斷路器、接近開關(guān)、光電開關(guān)等產(chǎn)品。

　　三、工藝描述

　　煉鐵是在高爐內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)過程，爐料、礦石、燃料和熔劑從無鐘爐頂裝入爐內(nèi)，從鼓風(fēng)機(jī)來的冷風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)爐后，形成熱風(fēng)從高爐風(fēng)口鼓入，隨著焦碳燃燒，產(chǎn)生熱煤氣由下向上運(yùn)動，而爐料則由上而下運(yùn)動，互相接觸，進(jìn)行熱交換，逐步還原，最后到爐子下部，還原成生鐵，同時形成爐渣。積聚在爐缸的鐵水和爐渣分別由鐵口和出渣口放出。

　　高爐自動化的目的主要是保證高爐操作的4個主要問題：即正確的配料并以一定的順序及時裝入爐內(nèi)；控制爐料均勻下降；調(diào)節(jié)料柱中爐料分布及保持與煤氣流良好的接觸；保持合適的熱狀態(tài)。

　　現(xiàn)代高爐自動化主要是指儀表檢測及控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過程及管理用計算機(jī)。儀表控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)通常由DCS或PLC完成。由于高爐在鋼鐵廠處于咽喉位置，需及時和穩(wěn)定地供給煉鋼工序合格的鐵水，故其穩(wěn)定性是很重要的。近年來，高爐向大型化方向發(fā)展，稍有不正常，損失就很大，因此其穩(wěn)定性就顯得愈加重要。高爐自動化的控制性能是決定高爐穩(wěn)定順行的一個至關(guān)重要的因素。

　　四、系統(tǒng)控制內(nèi)容及功能要求

　　高爐生產(chǎn)要求計算機(jī)控制系統(tǒng)能夠保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性和實(shí)時監(jiān)控性，而且要求數(shù)據(jù)量最多，所有設(shè)備的自動化程度要高。計算機(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。

　　1、 高爐部分

　　·爐頂、爐喉、爐身、爐腰、爐缸、爐底、爐基的溫度、壓力、差壓、流量、料位、重量的檢測。要求數(shù)據(jù)采集精確度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

　　·爐頂壓力控制：這是高爐生產(chǎn)中最重要的、必須投入自動運(yùn)行的控制。正常情況下，高爐頂壓為250±3KPa。2000 m3高爐頂壓調(diào)節(jié)采用了比肖夫環(huán)縫洗滌塔專利技術(shù)，串聯(lián)方式的上下兩級喉口一個投入自動，一個投入手動。

　　·爐身靜壓校正：在高爐不同高度測量爐身靜壓力，可以較早得知爐況變化，較準(zhǔn)確判斷局部管道和懸料位置，以便及時采取措施。2000 m3高爐在四個水平面上裝設(shè)4個取壓口以測量爐身靜壓力。

　　·爐體冷卻壁熱負(fù)荷檢測：高爐一代爐役的長短取決于冷卻壁的侵蝕情況。因此冷卻壁熱負(fù)荷檢測屬于重點(diǎn)監(jiān)控和維護(hù)內(nèi)容，分析該處實(shí)時曲線和歷史趨勢可以幫助高爐工長正確判斷爐況，采取相應(yīng)措施延長高爐爐齡。

　　·煤氣分析：分析高爐煤氣中H2、N2、CO、CO2含量，可以了解爐內(nèi)反應(yīng)，風(fēng)口或冷卻系統(tǒng)漏水等情況。

　　·水冷系統(tǒng)控制：通過膨脹罐、接受罐、水泵、氣密箱、密閉循環(huán)水系統(tǒng)、爐頂打水的連鎖與閥門控制保護(hù)爐頂設(shè)備。

　　·氮風(fēng)系統(tǒng)控制：通過送風(fēng)閥、送氮閥、風(fēng)機(jī)連鎖控制保護(hù)齒輪箱、閥箱等爐頂設(shè)備。
2熱風(fēng)爐部分

　　·爐體溫度、壓力、差壓、流量參數(shù)檢測

　　·熱風(fēng)溫度控制：通過自動調(diào)節(jié)混風(fēng)切斷閥開度將適當(dāng)配比的冷風(fēng)摻入熱風(fēng)管道中，控制送往高爐熱風(fēng)圍管的熱風(fēng)溫度在1200±20℃內(nèi)。

　　·廢氣溫度與煤氣支管流量的串級控制：廢氣溫度與煤氣支管流量組成串級調(diào)節(jié)回路，廢氣溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為煤氣支管流量調(diào)節(jié)器的外給定值。



圖1 廢氣溫度與煤氣支管流量串級控制原理圖
　　·煤氣支管流量與冷風(fēng)支管流量的比值控制：煤氣支管流量與助燃風(fēng)支管流量組成配比調(diào)節(jié)回路，以煤氣支管流量作為比值器的輸入，比值器的輸出作為助燃風(fēng)支管流量調(diào)節(jié)器的外給定值。