高炉自动化控制系统研究:高炉喷煤自动化控制系统研究与应用

摘要：针对高炉喷煤成本高，喷吹效果差，影响生产效率的问题，对该厂高炉喷煤系统进行了重新设计和优化。该系统已经进行了近一年的使用，降低了对原料的要求，从而降低了生产的成本。在生产过程中增加了自动控制的集成程度，实现了自动加压、卸压、喷吹和倒罐的控制，提高了该生产阶段产品的配比精度，达到了预期的效果。

关键词：PID调节 ；以太网；控制

1概述

江苏某钢厂高炉工程喷煤是2×1080m3高炉工程的一个子项目，为提高铁产量、节焦降耗而开发的一个项目。在传统的生产过程中，对高炉的喷吹的是粒状的煤，喷吹效果差，而且对煤质的要求比较高。在该工程中，实现了对煤粉的喷吹，大大节约了原料的成本，并且实现了各个系统的连锁控制，喷吹过程中罐压、喷吹量的PID调节，也大大节约了人力，实现了的自动控制。

1.1烟气炉系统

系统为制粉系统提供干燥原煤和输送煤粉的干燥气，干燥气为热风炉废气与烟气炉烟气的混合气体，主要采用热风炉废气，不足热量由烟气炉烟气补充。为了保障磨煤系统所需的一次风量31000—53800Nm3/h，入口温度180—250℃的混合干燥气。热风炉废气与烟气炉烟气混合后，经一台高温风机吸送至磨煤机用以干燥原煤和输送煤粉。为了保障磨煤系统所需的一定温度、一定流量的一次混合干燥气，必须实现干燥气流量和温度的动态调节，使出口温度处于规定值内，并通过磨煤机出口温度变化情况进一步控制和调节磨煤机入口的热风炉废气调节阀的开度。

1.2制粉系统

制粉系统主要包括给煤机系统、磨煤机系统、稀油站系统、布袋收尘器系统、主引风机系统、螺旋输送机系统。其中给煤机可以从上位机控制，也可以从设备带来的PC控制。

1.3喷吹系统

喷吹系统主要是及时向高炉输送煤粉，每座高炉都设计有两个喷吹罐，细煤粉利用自重从煤粉仓落到喷吹罐中，并用氮气充压。当一个喷吹罐装满煤粉并充压到压力设定值后，即准备喷煤（作为待用罐）；当另一个正在喷吹的喷吹罐（操作罐）一旦喷空时，待用罐就与煤粉输送管道接通，在一个短暂的过渡时间后，喷空的操作罐开始卸压，装煤粉和再充压的另一个循环。通过程序控制实现了自动倒罐的过程，补压自动控制，补气自动控制，自动喷吹控制，空压包氮压包自动压力控制，高温时自动充氮降温，故障时可实现安全联锁保护。

2系统配置

该控制系统采用WINCC画面监控软件和STEP7编程软件对所有设备进行计算机监控和自动控制，主要实现了生产工艺设备的自动/手动启停及联锁保护、工艺数据的自动采集和处理、PID回路的自动调节、工艺画面动态显示、历史和实时趋势显示纪录、紧急停喷报警等功能。该系统由烟气炉、原煤储运、制粉、喷吹四部分组成，其中原煤储运、烟气炉、制粉有一套PLC系统，AB罐喷吹一套单独的PLC系统。该工程采用西门子系列可编程控制器，西门子系统是具有快速处理能力的专用计算机系统，是模块化、可扩展的体系结构，是用于工业和制造过程实时控制，具有体积小、内存大、处理速度快、组态灵活和便利用户支持的特点，在支持新技术的同时，提高了性能价格比。运用STEP7软件对PLC系统组态编程，STEP7即可以进行复杂的仪控，又可以进行常规的电气控制。

每个控制系统通过以太网进行数据传输和现场设备的控制。共设在同一个个控制室，两台上位机， 各上位机之间通过交换机互联，其中由于原煤储运控制室距另外的控制室较远，为确保数据传输的性，两台交换机通过光纤介质互联，其他上位机及PLC之间通过双绞线互联。高压变频监控站通过MB+网控制变频器的频率。该网络结构有两种方式可以为将来与高炉联网做准备，一是交换机预留光纤口，通过光纤与高炉进行数据通讯；一是通过CPU上的MB+口进行数据通讯，为以后的高炉联网打下坚实的基础，实现数据的透明化，具有不肯比拟的优越性。

3控制策略

3.1安全性

由于煤粉是易燃易爆物品，因而在煤粉的生产、运输、喷吹的整个过程中，都要保障各环节的安全性。主要是在全过程监测、控制煤粉的温度和粉尘中氧含量，在开、停机时进行消防充氮。

3.2参数控制强调重点

从经济性和实用性出发，参数量控制只要抓住几个关键点即可。一是控制磨煤机的给煤量和入磨一次风量使风煤比协调，二是根据高炉生产要求控制喷吹率。

3.3逻辑联锁简繁适度

若逻辑联锁比较复杂的话，实际运行中因电气接点的故障而影响系统自动运行的概率增大，尤其是因瞬间干扰而停机。因此要根据实际情况使逻辑联锁能简而不繁。

3.4注意系统的易操作性和易维护性

制粉和喷吹的操作分别在各自的操作站上进行，操作画面丰富、易操作，对引起停机的故障进行跟踪记忆，在画面上显示，以便迅速排查处理。

4控制调节

4.1过程参数的调节

生产过程中重要的参数均能随时进行调节，通过PID回路控制，使之维持在设定值左右，所有的PID回路都可以进行PV跟踪，无扰动切换。所有进行监视和调节的参数，我们均可在工艺画面中显示出来，使操作人员易于观察和调节。调节回路有三种工作方式：自动，半自动，手动。自动：由PLC自动调节阀门开度。半自动：由操作人员直接在画面上调节阀门开度。手动：由操作人员用手操器操作阀门开度，画面上跟踪此阀门开度

4.2喷吹罐罐压自动调节

为了保障喷吹量的稳定，须保持喷吹罐内压力的稳定。通过调节补压调节阀的开度可保持罐压在设定值。该调节可由PLC根据设定值，反馈值进行PID运算后输出调节值。

4.3喷吹量自动控制

在一定的喷吹压力下稳定流化氮气量，压缩空气补气量的变化改变输煤阻力和固气比，此功能只需人工设定喷吹率设定值和罐压，喷吹率调节是通过调节补气调节阀来调节，补气调节阀根据采样数据，将设定喷吹率与实际喷吹率相比较，当设定值〉实际值时，将阀位开大，当设定值〈实际值时，将阀位开小。为了提高喷吹率，在工艺上采用了流化罐装置，这对于控制喷吹率是有帮助的。自动控制程序框图如图1。

4.4自动倒罐

为保障高炉喷吹制粉的连续进行，每座高炉用两个喷吹罐，当一个罐喷吹制粉时，另一个罐做准备工作待用，两罐的工作转换自动进行。

5生产后的效果

该系统已经进行了近一年的使用，降低了对原料的要求，从而降低了生产的成本。在生产过程中增加了自动控制的集成程度，实现了自动加压、卸压、喷吹和倒罐的控制，提高了该生产阶段产品的配比精度，达到了预期的效果。

高炉自动化控制系统研究:衡钢高炉基础自动化控制系统介绍与运用

【摘要】主要介绍衡钢高炉基础自动化系统Ethernet、ControlNet、DeviceNet三级网络结构，各系统PLC冗余配置情况及控制功能，各系统监控画面HMI操作站配置情况及与PLC通信连接方式。

【关键词】基础自动化；网络结构；A-B ControlLogix5000系列PLC；FactoryTalk View SE 画面开发；HMI操作站；运用

高炉基础自动化就象是高炉的控制神经系统，高炉要想安全、、稳定运行必须保障高炉基础自动化系统的、稳定运行。衡钢高炉基础自动化通信网络和PLC系统冗余，PLC与HMI监控画面通过容错服务器连接可以保障整个系统的、稳定运行。下文详细介绍衡钢高炉基础自动化系统的网络结构及各系统的配置与控制。

1.系统概述

衡钢高炉主工艺三电控制系统的基础自动化级采用了美国罗克韦尔公司生产的ControlLogix5000系列PLC控制系统，主工艺监控画面炉顶系统、煤气净化系统、本体系统及出铁场系统、热风炉系统采用FactoryTalk View SE服务器版和槽下及上料系统、水处理系统、喷吹及制粉系统、水渣系统采用FactoryTalk View SE单机版。PLC与监控画面之间采用美国公司生产的Ft2500系列容错服务器进行连接，容错服务器的高性保障了基础自动化控制系统的性和稳定性，基础自动化系统详细结构参见基础自动化配置图，如图1所示。

2.网络构成

衡钢高炉基础自动化控制系统的网络结构共计有3种网络，PLC与监控画面、二级系统的网络采用标准的以太网，易于与厂级网络相连，便于维护等。主工艺采PLC控制系统采用ControlNet网络，网络数据交换速度固定5M，具有较高的数据交换速度，可保障控制系统数据采集的实时性要求。与炉顶的探尺编码器采用DeviceNet网络，其网络交换数据较高速度为500K，实际交换数据的速度视网络长度和现场的实际情况来进行确定，因与编码器的数据交换量有限，且实时性要求不是要求很高，可以满足无料钟炉顶的控制要求。

3.基础自动化级

衡钢高炉主工艺三电控制系统的基础自动化级采用了美国罗克韦尔公司生产的ControlLogix5000系列控制器，槽下及上料系统、炉顶及本体系统、热风炉及出铁场系统、喷吹及制粉系统、水处理系统CPU采用冗余配置(I/O接口模件不采用冗余配置)，提高了关键系统的安全性和性。其它系统采用单CPU不冗余的配置，主工艺控制系统之间的数据通信采用生产者/消费者的方式进行数据通信。

控制系统采用三种网络结构，HMI容错服务器与控制站之间采用冗余的Ethernet网络结构，HMI操作员站与容错服务器之间采用不冗余的Ethernet网络结构。控制站与I/O模件之间通信采用冗余ControlNet网络进行数据交换，通信数据速率为5M。控制网与炉顶编码器之间采用DeviceNet网络进行数据交换，通信数据较大速率为500K。根据控制系统的特点采用不同的网络结构，在保障安全性的条件下，选用合适的网络类型

4.人机接口HMI操作站

主工艺系统(炉顶系统、煤气净化系统、本体系统及出铁场系统、热风炉系统)的电气及仪表系统的画面操作及监视系统采用的罗克韦尔公司的FactoryTalk View SE服务器版进行监控，共计4套。这4套HMI上的画面可以共享，即这4套HMI可以操作与显示相同的内容。槽下及上料系统有2套HMI操作站，为FactoryTalk View SE单机版进行监控，这2套HMI上的画面可以共享，即这2套HMI可以操作与显示相同的内容；水处理系统有2套HMI操作站，为FactoryTalk View SE单机版进行监控，这2套HMI上的画面可以共享，即这2套HMI可以操作与显示相同的内容；喷吹系统有3套HMI操作站，为FactoryTalk View SE单机版进行监控，这3套HMI上的画面可以共享，即这3套HMI可以操作与显示相同的内容；水渣系统有1套HMI操作站，为Rsview32单机版进行监控。

FactoryTalk View SE具有良好的监视、操作功能，是用于工艺设备运转的人机接口装置，把设备状态和操作信息统一显示到一个画面窗口上，以高分辨率和多彩的画面向操作员显示工艺设备的状态，操作员通过鼠标或操作键盘的简单操作就可以实现工艺设备的运转控制。图2为衡钢高炉HMI操作画面。

5.电气控制系统

主工艺的电气及仪表控制系统采用罗克韦尔公司的ControlLogix PLC控制系统，共计7套，其中槽下及上料系统、炉顶及本体系统、热风炉及出铁场系统、喷吹及制粉系统、水处理系统CPU采用冗余配置，煤气净化系统、水渣系统采用单CPU控制，CPU与HMI容错服务器采用冗余Ethernet网络，CPU与I/O模件之间通信采用冗余ControlNet网络，同时PLC供电采用冗余电源，控制系统的具体配置参见各系统配置图。

6.基础自动化级功能概要

1)槽下称量系统：包括矿石和焦炭称量控制、皮带运输、中间料斗装料及称量、称量补正、焦炭水分补正、称量斗的料空控制、料满控制等。

2)上料皮带系统：矿石、小块焦称量斗和焦炭中间料斗排料控制、上料皮带运输机的运转控制和原料跟踪控制等。

3)炉顶系统：炉顶装料控制、炉顶设备时序控制、炉顶布料控制等。

4)热风炉及余热回收系统：三座热风炉的送风顺序控制及换炉控制，余热回收系统控制、燃烧控制、送风温度控制等。

5)煤气净化系统：重力除尘设备控制、布袋除尘设备控制、排灰时序控制、灰粉反吹时序控制、炉顶顶压控制等。

6)煤粉喷吹系统：煤粉喷吹系统的喷吹设备控制等。

7)水处理系统：水处理设备联锁控制等。

8)高炉本体系统：冷却水系统水温、水压及水流量测量，炉顶洒水控制，炉身静压测量，本体各部冷却设备及耐火材料温度测量及报警，出铁场液压站控制，出铁场除尘阀及除尘风机、电机控制等。

7.基础自动化系统在衡钢高炉运用情况

该自动化控制系统从2009年衡钢高炉开炉投入运行，生产过程中主工艺控制系统监控画面的修改通过FactoryTalk View SE软件在工程师站完成，如图3所示。

PLC程序的开发和维护通过RSLogix5000软件在工程师站来实现，如图4所示。

单机版HMI操作监控画面必须在操作站终端电脑上修改。发生故障可以通过HMI画面故障报警窗口查看，也可以查看PLC程序来判断原因。由于采用罗克韦尔公司AB系列PLC控制器与模块，CPU采用冗余配置，当CPU发生故障会自动转换到热备CPU，模块具有带电拔插的特点，PLC基础自动化级影响系统运行因素排除。系统网络通过双网线、双交换器、容错服务器来保障信息传输的。整个系统的运行必须通过平时的点检发现问题及时处理才能长期平稳工作，在2010年发生过给PLC供电的一台冗余电源损坏情况，当另一电源损坏就会造成该套PLC死机影响系统正常工作，因此应该认识到系统冗余必须时刻保障热备设备的正常运行。

8.结论

本文通过介绍高炉基础自动化的配置及网络结构，可以认识到衡钢高炉基础自动化系统采用网络和CPU冗余、容错服务器等措施保障整个高炉基础自动化系统运行的性、稳定性。经过近三年的运行，没发生过任何系统故障。

高炉自动化控制系统研究:高炉热风炉自动化控制系统

摘 要:高炉热风炉自动化控制系统主要包含热风炉本体控制、设备控制以及液压站控制等。高炉热风炉自动化控制系统要求保障炼铁生产过程中向高炉供风的连续性以及实时监控性,进而保障高炉炼铁工艺稳定持续进行。

关键词:热风炉自动化控制系统 ；西门子PLC控制系统；热风炉工艺

中图分类号： TF578 文献标识码： A 文章编号：

热风炉自动化控制系统具有控制设备多、设备位置分散、工艺操作顺序严格，设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性要求高等特点。基于PLC的高炉热风炉控制系统,在考虑高炉炼铁系统特点和要求的基础上,充分利用了PLC性、稳定性、功能多样性和扩展性好、易于使用等特点，为高炉冶金自动化提供了良好的个性化解决方案。

系统设计

热风炉控制是集机械、液压、电气控制和计算机应用为一体的技术。以PLC为核心,集中与分散相结合，组成三电一体控制系统。本文依据某钢铁厂工艺要求组织设计，其热风炉自动控制系统由1个西门子S7-400的PLC做控制核心，两台上位机做操作平台。 S7-400PLC通过强大的以太网通讯功能与上位机进行通讯，接收上位机的操作指令。通过快速的扫描内部程序逻辑判断需要执行的动作，发出命令，从而实现PLC核心控制作用。热风炉自动化监控系统主要包括煤气、助燃空气、烟气以冷风及热风等管道阀门设备的监控，液压站油泵、助燃风机等电气设备监控，仪器仪表温度、压力、流量等参数的显示与报警，自动换炉等部分。上位机的人机交互系统包括热风炉操作系统、液压站操作系统、附属设备操作系统、仪表参数趋势系统以及参数报警系统等五个子系统组成。利用西门子WINCC6.2组态软件的强大功能实时高效的与S7-400PLC配合完成热风炉系统的自动化监控任务。

为了确保操作的安全性,在主要依托PLC控制的基础上增加电气回路控制，便于应急就地操作与检修时的设备操作。

1.1控制方式

对热风炉自动化控制系统而言，一个高效、的控制逻辑是保障工艺执行的关键。软硬件结合才能开发出实用、高效的自动化控制系统。PLC控制系统的核心控制逻辑我采用底层设计，顶层开发的逻辑模式。根据不同的条件要求分别建立相应的阀门电机控制模型。分离控制变量，将集控信号、故障信号、电气合闸信号、液压状态信号、开阀、关阀等基础控制信号分离出来单独作为阀门模型的参考变量。而将阀门间的联锁关系单独拿出来做分析，并最终形成一个指令脉冲序列。控制模型每个扫描周期内只接收指令脉冲信号的开阀或关阀指令并锁存当前指令直至下个指令到来，并按要求发出控制命令。

该模式将逻辑关系最复杂的部分单独处理，不用考虑底层基础逻辑输出。编程人员只需考虑工艺联锁关系，从而降低了逻辑关系的复杂性，简化了程序，保障程序的简洁高效以及安全性。

1.2 操作方式

整个热风炉生产的操作画面模拟现场，同时加入了自动换炉等功能。操作人员可以按照操作工艺要求进行操作，也可以在发出换炉指令后由PLC自动完成整套操作。正常生产运行情况下，操作员只需发出一个燃烧、闷炉或者送风的指令，PLC自动按照工艺要求完成换炉。这种方法简单、安全、高效，实践证明，效果非常好。只有在一些机械或电气设备故障的时候才需要人工干预。并且系统融入了完善的报警功能，每一步的操作都有相关信号检测，延时检测报警等功能。开启联锁控制后操作员每一步都必须按照工艺要求执行，否则会拒绝执行并给出警告提示，从而确保操作无误。

2.系统功能

本文介绍的高炉热风炉自动化控制系统是一个集顺序控制,过程控制, 工况监视以及数据采集与管理为一体的三电一体化控制系统。对生产上所用到的电动机、液压系统以及阀门及其相关成套机电设备的开关量进行控制,同时集设备联动、自动联动运行、设备单机调试运行、单步连锁运行功能于一体。在过程控制中对开关量和模拟量进行数据的采集和处理,并带有完善的报警功能。根据工艺要求设计的的历史曲线趋势图、实时曲线趋势图、报警记录等，有显示和打印功能。

3.系统特点

热风炉自动化控制系统采用PROFIBUS-DP总线网络、工业以太网络，分别将PLC系统本地主站与远程I/O分站以及中心控制室计算机联系起来构成一个分布式的控制系统,具体特点如下:

3.1自动化控制系统安全高效的性能

S7-400采用PROFIBUS-DP总线网络，支持多个机架及设备扩展,通讯速度快。同时,配有品种功能齐全的功能模块,充分满足用户各种类型的现场需求。即使在恶劣、不稳定的工业环境下,依然可正常工作；S7-400系列PLC性能稳定，功能强劲，速度快，提高了系统的性；在运行过程中,模块可进行在线诊断，可以实时掌控PLC的运行状态。

3.2热风炉自动化控制系统冗余解决方案

基于高炉生产的连续性及设备、人身安全性的要求，系统采用电源冗余,电气冗余,以及以太网络冗余等方案。无论生产过程中哪个环节出现问题都可以快速响应从而不影响生产。因此在满足工艺及建造成本要求的前提下较大限度地保障了系统的性及安全性。

3.3热风炉自动化控制系统集中管理、分散控制

热风炉自动化控制系统设计有本地主站和远程I/O从站的网络结构,并最终由系统主站统一管理系统内的设备,对于远程I/O从站而言,其功能只负责数据采集与设备驱动。这样的系统结构设计节省了电缆及施工成本,缩短了施工工期，既满足了系统设备间联锁关系的要求,又满足了系统设备位置分散的要求。

3.4 热风炉自动化控制系统的开放性

热风炉自动化控制控系统是一个开放性的系统。工业以太网、PROFIBUS-DP总线网络是目前应用最广泛和开放性好的工业通讯网络,在各个行业都有广泛的应用。系统软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL,同时提供了丰富的API编程接口,可以方便地进行系统扩展或与全厂辅控网、MIS和其他子系统进行无缝连接。通过工业以太网交换机可以与高炉生产的其他工艺系统联网，便于数据交互以及联网监控。

4.结束语

PLC自动化控制系统在现代大中型冶金企业当中已被普遍认为是一种经济、安全、高效的控制系统。本文以一个高炉热风炉的实体项目为例探讨了这种系统的具体应用方式，其中主要介绍了系统设计当中的程序构思以及上位机组态画面的组成及功能。凸显了这种系统功能及编程组态方面的灵活性。

随着工业生产规模不断向着集中化、大型化、集约化方向发展，这种既能节约生产成本，同时又能大大提高生产效率的生产技术必将越来越被更多的企业所接受，这将成为未来冶金行业工艺控制发展的一个方向。

高炉自动化控制系统研究:炼铁厂高炉综合自动化控制系统的研究与应用

摘要：本文主要介绍了莱钢高炉自动控制系统中高炉本体、上料系统、槽上系统的逻辑控制功能，以及该系统的技术特点。该控制系统自动化控制范围广，自动化程度高，采用了大量新技术和一些先进的控制算法，实施效果好，经济效益高、推广应用价值巨大。

关键词：高炉自动化控制研究

莱钢炼铁厂高炉采用计算机对主要工艺生产线实现综合自动控制，系统为两级计算机结构，监控层为上位监控站系统和基础控制层为电控系统和仪控系统设置为三电一体化（EIC）控制系统，统一由PLC完成高炉自矿槽、主卷扬上料到本体、热风炉、粗煤气处理及煤气净化系统、水处理系统等各子系统设备级监控与管理，六套系统采用以太环网通信，同时为不同的数据安全性，嵌套MB+网络，从而在高炉主控室实现了整个高炉的设备及生产过程的全过程综合监控，同时数据环可以远传到莱钢骨干网。在该套控制系统中，采用了大量应用的新技术。

本文主要论述了莱钢炼铁厂高炉自动化控制的结构与特点。

1 系统主要功能

随着工业的发展，高炉的运用愈来愈渗透进多个行业。但是在高炉产生巨大经济效益.应用多套PLC组成高炉控制系统的实现方法和功能特点，以及多座高炉控制系统进行两级联网通讯，实现过程控制和生产管理自动化。实际应用表明，系统整体设计合理，运行稳定，满足了高炉生产要求并取得很好的效益。主体工艺系统采用三电（电气，仪表，计算机）控制一体化程度较高的分布式控制系统进行集中控制、监视和操作，主要的辅助工艺系统则视工艺过程控制的难易程度，选用独立的PLC（DCS）或继电器（模拟仪表）系统进行控制、监视和操作。主体工艺自动控制系统与辅助工艺PLC（DCS）或继电器（模拟仪表）系统之间通过数据通信接口或I/O模件接线方式进行通信。

1.1 机群系统控制

采用光纤以太环网同时为不同的数据安全性，嵌套MB+网络。上位监视系统采用对等模式，每一个系统都已有两台相同监控机，相互独立，互为备用。现场控制站由QUANTUM系列PLC组成，和监控系统进行交换数据，实现对现场的设备控制，数据的处理。

1.2 高炉本体控制系统

炼铁厂高炉自动控制系统包括四部分分别是上料和炉顶自动控制系统、高炉本体自动控制系统、热风炉自动控制系统和布袋除尘自动控制系统。每套系统都包括操作级和过程级操作级包括传统控制功能如操作与监视、归档与信息记录、趋势与报警、回路与逻辑控制功能等为便于管理所有功能都可在相应过程站中执行。做为过程级是由一个或几个过程站组成每个过程站都由主PLC及各种I/O模块组成。

1.3 槽下控制系统

槽下自控关键部分有料单的分解、处方的运行及主卷扬的自动控制。在料单的分解、运行中及处方的运行中大量运用了顺序功能块图SFC对料单进行初始设定并对所送料单的装序进行判断对装法中的焦、矿位置、个数进行判定为筛料、放料工作打下基础。

1.4 炉顶控制系统

受料斗接受由卷扬小车送来的原料下口有一个柱塞阀。柱塞阀、上密封阀、放散阀都在关闭位置受料斗中的料不“满”时允许小车上行送料料斗“满”后依次打开上密封阀、柱塞阀向料罐装料。 料罐储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。探尺探测炉内料面高度。当料面达到设定高度提探尺允许料罐向炉内放料。设东、西两个探尺可选择用一个也可两个同时使用。溜槽包括溜槽的倾动和旋转。溜槽的倾动是指在垂直平面内改变溜槽倾角的运动。溜槽的旋转是指溜槽完成绕高炉中心线的旋转运动。倾动和旋转都是由两台SIEMENS公司6SE70系列变频器控制完成的两台变频器一备一用都装有值编码器来检测倾动α角和旋转β角的角度。同时在溜槽倾角的两个极限位置设有两个接近开关作为安全自锁和报警使用。

1.5 数据采集、画面监控操作、历史趋势显示及报表打印功能

为保障高炉生产的安全运行和生产效率，要求自动化控制系统能够对生产过程进行监控，而且由于数据量较大，所以对设备的自动化程度要高。对发生的设备故障及安全事故，要求自动化控制系统能、及时记录其数值和情况，绘制历史趋势。对现场生产能够汇总数据，为生产统计服务。对检测仪表而言，也即对温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测，要求数据的采集度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

2 系统的技术特色

综观国内外高炉自动控制系统的应用，具有创新性和技术经验丰富性，并具有较强的辐射作用。其先进性主要表现在：

（1）该高炉整体自动化控制程序特点为三电一体化结构，该系统中各控制工序均通过PLC完成，同时实现所有控制都通过PLC控制，充分实现PLC的高稳定性，高性。

（2）自动化控制程度范围广。全系统采用了多套PLC系统、15台监控站。全系统自动化控制包含了高炉槽下、炉顶、本体、等高炉生产全过程，同时实现之间数据的共享，连锁实现系统分析和综合控制

（3）高炉的自动控制为冗余的光纤以太环网，同时为不同的数据安全性，嵌套MB+网络，因此实现了以太环网与MB+网的转换，使数据能够安全的传输到莱钢骨干网，使整个系统通信传输更加安全。

（4）自动化程度高，程序内设多重联锁防止了设备竞争现象和误启停现象发生。同时配合连锁取消，配合设备故障时的自动控制，程序模块化结构，简单明了，层次清楚，便于阅读、修改。

3 结语

通过炼铁厂高炉综合自动化控制系统的研究与应用，很好地解决了以前高炉过程控制存在的问题，实现高炉工艺过程的合理、有效控制，保障其良好的运行品质，达到高产稳产、节能降耗的目的。

高炉自动化控制系统研究:高炉自动化控制系统应用和技术创新

摘要：本文概述了ControlLogix控制系统在高炉控制系统中的配置和应用，同时简要介绍了对高炉控制系统的一些创新。

关键词：控制系统 高炉 PLC

1、背景

随着高炉生产规模的扩大，高度集中化的生产工艺，要求对生产过程控制和科学管理，对控制系统的监控和管理功能提出了很高的要求。目前国内外工业控制系统应用中多以生产过程自动化，即生产设备控制、生产过程控制以及实时监控三个方面为主，在高炉自动化控制方面，国内外对控制设备的选用主要有DCS控制系统、PLC控制系统、DCS和PLC结合的控制系统等几种方式。

为实现高炉生产过程的全自动控制，我们从硬件和软件两方面进行了认真分析、比较，筛选确定出最适合高炉实际的控制方案。确定控制系统硬件采用AB公司的ControlLogix控制系统， ControlLogix控制系统是一个先进的控制平台，它集成了多种控制功能以及近期的I/O技术。网络采用5M高速ControlNet冗余网络进行数据交换与通讯。网络结构采用主网，子网双层结构，这种结构保障了系统的实时性和性。

2、系统配置

经过以上考察分析，确定高炉控制系统由基础控制级、管理控制级和通讯软件构成。

2.1 基础控制级

采用美国Allen-Bradley 公司的生产的ControlLogix控制设备，每个系统设计成主网与子网结构，每个系统都由冗余的ControlNet主网和冗余的ControlNet子网组成，每个系统由冗余的处理器、和冗余的监控站组成。从而提高了控制系统的性。

1# ControlNet子网完成槽下系统配料、混合料、物料的传输过程和监控。

2#ControlNet子网完成炉顶料罐装料、综合布料过程的控制及监控。

3# ControlNet子网完成炉身系统仪控设备状态的监视和混风温度调节、顶压调节、液位调节等过程。

4#ControlNet子网实现高炉冷却水系统数据的实时监控及趋势显示。

5#ControlNet子网完成热风炉燃烧、换炉、和休止过程的控制和自动燃烧调节过程的监控。

6#ControlNet子网完成煤粉的自动制备、运输、倒罐、喷吹过程。

基础控制级完成整个高炉的设备控制，回路调节控制，过程趋势显示，设备状态和过程数据监视、报警等。六个控制站分别上ControlNet子网，实现各控制站与远程I/O框架之间通讯。这种网络结构保障了系统的实时性和性。

2.2 管理控制级

采用扩展性和兼容性很好的星型拓扑结构的计算机网络，使用TCP/IP协议实现网络通信。系统硬件由1台数据服务器、2台网络打印服务器和4台客户机组成Client/Server结构。服务器配备的系统软件为Windows 2000 Server（中文版），数据库管理系统采用Oracle。客户机配备的系统软件为Windows 2000 Professional（中文版），应用软件为Delphi。

管理层完成实时数据采集、生产过程中各种相关数据的录入；建立生产数据库，实现数据共享；完成数据分析指导生产管理；提供多种生产报表、台帐和多种查询功能。

2.3 通讯软件

用VB6.0软件开发OPC通讯软件与ControlLogix系统通讯，完成与管理机的数据交换过程。同时也将两层之间相互隔离，简化软件的开发过程，使系统易于维护和管理。这个软件是我们自行开发的专用软件，与通用接口软件相比，具有成本低，速度快的特点，在实际运行中稳定（如图1）。

3、技术创新

（1）监控层ControlLogix采用高速ControlNet冗余网络，网络结构采用主网、子网双层结构，通过主ControlNet网实现控制站、图形操作站及管理计算机之间的通讯。各系统控制站与远程I/O框架之间通过子ControlNet网通讯。这种网络结构保障了系统的实时性和性，在国内尚属于首例。

（2）数据管理功能，通过建立生产数据库，把管理数据和实时数据有机地结合起来，实现了生产数据的综合处理，提供了丰富多样的分析报表和查询功能。解决了以往的控制系统不能实现数据处理、数据分析管理的功能，在现代化企业管理中具有广阔的应用前景。

（3）配料计算模型，该模型结合高炉实际情况，而没直接采用目前流行的一般算法。

（4）在控制系统软件开发上，开发出一些独创性的功能和很多先进的控制思想，使整个高炉的控制更加优化、功能更加完善。比如槽下、炉顶上料系统周期表设定，称斗的称量方式，称斗排出顺序提高了上料速度。炉顶的装料控制、布料控制，料流阀动态、静态自学习，a角自修正的控制思想，多环布料、扇布、点布改善了控制性能，保障炉况顺行，这些应用软件的开发运用在以后的高炉控制上具有广阔的应用前景。

（5）高炉顶压调节首次采用环缝，环缝的流量特性与常规调节阀不同，需要相应的补偿曲线。通过实践将补偿曲线分成19段，使每段接近于线性。通过程序实现对环缝特性的补偿，这是国内使用环缝的成功先例。环缝控制采用补偿PID技术替代常规的PID控制思想，改善了回路调节功能。在实际应用中取得了良好的效果，使顶压波动控制在±2KPa之内。