高爐控制系統(tǒng)主要包含高爐本體控制、給料和配料控制、熱風爐控制，以及除塵系統(tǒng)控制等。高爐煉鐵自動化控制系統(tǒng)就是保證煉鐵生產(chǎn)過程的連續(xù)性和實時監(jiān)控性，進而保證高爐操作的四個主要問題：正確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)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)。
高爐自動化控制系統(tǒng)具有組成設(shè)備多、位置分散、設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系強、設(shè)備運行環(huán)境惡劣、安全性可靠性要求高等方面特點，基于和利時公司HOLLiAS LK系列PLC的高爐控制系統(tǒng)，在考慮高爐煉鐵系統(tǒng)特點和要求的基礎(chǔ)上，充分利用了LK PLC可靠性高、性能優(yōu)異、功能豐富、擴展性好、易于使用等方面的優(yōu)勢，給出了針對性強和個性化的解決方案。
系統(tǒng)設(shè)計
高爐控制是集機械、電氣控制和計算機應(yīng)用為一體的技術(shù)，采用以和利時公司HOLLiAS LK系列PLC為核心的，集中與分散相結(jié)合的自動化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由1個中央控制室和上料系統(tǒng)、高爐本體、熱風爐、除塵等四個控制站組成，通過高速 100Mbps光纖工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，自動化過程監(jiān)控系統(tǒng)的布局及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1。料批控制程序及選倉配料控制、料流調(diào)節(jié)閥開度控制及溜槽傾動和轉(zhuǎn)動控制為重點；料車卷揚、探尺卷揚、布料器傾動上料系統(tǒng)、熱風、布袋除塵，既要滿足基本工藝要求，還要滿足設(shè)計提出的工藝要求。
為保證各工藝過程的安全運行，各控制站采用LK冗余系統(tǒng)，支持電源冗余、CPU冗余、總線冗余，所有模塊均支持帶電插拔，使系統(tǒng)的安全性、可靠性大大提高。
圖1 高爐自動化控制系統(tǒng)示意圖
在中央控制室中設(shè)2個操作員站和1個工程師站。一個為主操作員站用來顯示高爐原料監(jiān)視操作屏和高爐上料監(jiān)視操作屏；另一個站主要用來顯示生產(chǎn)操作技術(shù)參數(shù)、區(qū)域圖、曲線圖等畫面，兩者也可互為備用。操作人員通過觀察計算機監(jiān)控屏的顯示及工作狀態(tài)，控制各種設(shè)備。工程師站具有對各系統(tǒng)進行組態(tài)權(quán)和運行權(quán)，可以進行料制的設(shè)定，當前料車的車次、周期、程序信息的顯示，生產(chǎn)工藝過程的顯示，程序打印等功能。
另外，為了適應(yīng)工藝操作，在各控制站設(shè)槽下及上料操作站、高爐本體操作站、熱風爐操作站和布袋除塵操作站。所有的數(shù)字量輸出點都采用繼電器與外部設(shè)備進行電氣隔離，模擬量輸入輸出信號都采用帶光電隔離的模塊。
通信網(wǎng)絡(luò)
整個自動化系統(tǒng)由二級控制系統(tǒng)和二層通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。保證系統(tǒng)的完整性、合理性、確保系統(tǒng)自動運行。
工業(yè)以太網(wǎng)：高爐四個控制站都可以獨立完成各自的任務(wù)，根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，將各自獨立的控制站、操作站與中央控制室的操作站和工程師站之間采用高速工業(yè)以太網(wǎng)，做到資源共享，互調(diào)數(shù)據(jù)、畫面等，構(gòu)成完整的過程監(jiān)控系統(tǒng)，通信速率為100Mbps，傳輸介質(zhì)為光纖；
PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線：各控制站PLC主站與各自的遠程I/O站通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線進行數(shù)據(jù)通信，通信速率為1.5Mbps，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線。
操作方式
全線操作系統(tǒng)由操作站、操作臺構(gòu)成。操作站實現(xiàn)集中手動、自動控制，主要用于工藝和電氣參數(shù)的設(shè)定、運行方式的選擇、開爐前后的一般操作，包括自動、軟手動實現(xiàn)現(xiàn)場各電控設(shè)備的控制。操作臺主要用于手動操作和在自動方式下實施人工干預(yù)。
系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)是一個集順序控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集、工況監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理為一體的計算機控制管理系統(tǒng)。對電動機、閥門等以及成套機電設(shè)備的開關(guān)量控制，包括分組聯(lián)鎖起動、分組聯(lián)鎖關(guān)機、組內(nèi)自動聯(lián)鎖控制、組內(nèi)單步聯(lián)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）；完善的報警功能。開關(guān)量和模擬量報警的顯示、確認、記錄和打印；動態(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、實時曲線圖、電氣儀表圖和棒形圖顯示和打印。
按照功能和結(jié)構(gòu)劃分，高爐系統(tǒng)分為四個分系統(tǒng)：槽下及上料控制系統(tǒng)、高爐本體系統(tǒng)、熱風爐系統(tǒng)和除塵控制系統(tǒng)。下面分別具體介紹每個部分的控制功能：
槽下及上料控制系統(tǒng)
原料準備系統(tǒng)主要對各個料倉系統(tǒng)的給料機、振動篩、皮帶機等設(shè)備進行控制；上料系統(tǒng)主要對主卷揚電氣設(shè)備、2套探尺裝置進行控制；爐頂布料系統(tǒng)主要對旋轉(zhuǎn)布料器的傾動及旋轉(zhuǎn)、柱塞閥 、上密閥、下密閥等進行控制；它們均設(shè)有相應(yīng)的機旁操作箱。
高爐本體系統(tǒng)
高爐過程檢測和控制的主要項目可分為，監(jiān)視爐內(nèi)反應(yīng)、穩(wěn)定高爐操作、保護爐體及人身安全等幾類，因此高爐檢測儀表及控制系統(tǒng)的選擇十分重要，它直接關(guān)系到高爐的正常生產(chǎn)，爐體維護及設(shè)備保護。
熱風爐系統(tǒng)
一般高爐都配有三座熱風爐，每座熱風爐工作周期包括燃燒、送風、換爐三個過程，在每一循環(huán)內(nèi)，熱風爐爐內(nèi)溫度有周期性變化。隨著送風時間的延長，風溫逐漸降低。縮短送風時間，可提高風溫水平，也隨之縮短了燃燒時間。所以，在一定條件下應(yīng)有一個合適的熱風爐工作周期。合適的送風時間最終取決于保證熱風爐獲得足夠的溫度水平（表現(xiàn)為拱頂溫度）和蓄熱量（表現(xiàn)為廢氣溫度）所必要的燃燒時間，因此，合理地設(shè)置熱風爐燃燒制度（燃燒控制系統(tǒng)）和送風制度（換爐控制系統(tǒng)）是充分發(fā)揮熱風爐控制系統(tǒng)的潛力來滿足工藝要求（增加蓄熱能力、提高風溫），保證熱風爐設(shè)備安全，提高熱效率、降低能耗的關(guān)鍵所在。
除塵系統(tǒng)功能
高爐煤氣除塵設(shè)施是高爐的配套設(shè)施，是高爐生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，其工作目的是凈化高爐煤氣，提高煤氣質(zhì)量，為使高爐煤氣得到充分利用創(chuàng)造條件。高爐煤氣經(jīng)重力除塵器粗除塵后，溫度在80-300℃范圍內(nèi)，直接進入布袋除主箱體進行過濾凈化，凈化后的煤氣通過調(diào)壓供各用戶使用。如果煤氣溫度低于80℃，或高于 300℃，則由重力除塵器放散，不進入布袋除塵主箱體。
系統(tǒng)特點
基于和利時公司HOLLiAS LK PLC的高爐自動化控制系統(tǒng)，采用冗余的以太網(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)將中心控制室計算機和PLC系統(tǒng)主站、PLC系統(tǒng)主站與遠程I/O分站聯(lián)系起來，構(gòu)成一個分布式的控制系統(tǒng)，具體特點如下：
完善、強大的功能
支持冗余CPU配置，功能更強、速度更快。同時，配有品種齊全的功能模塊，充分滿足用戶各種類型的現(xiàn)場需求。即使在惡劣、不穩(wěn)定的工業(yè)環(huán)境下，依然可正常工作；無風扇設(shè)計提高了系統(tǒng)的可靠性；在運行過程中，模塊可進行帶電熱插拔。
冗余解決方案
高爐程控系統(tǒng)設(shè)計為冗余配置，包括電源冗余、CPU冗余、以太網(wǎng)絡(luò)冗余、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)冗余，無論那個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都不會造成系統(tǒng)停車，這樣就最大限度地保證了系統(tǒng)的可靠性和安全性。
集中管理、分散控制
高爐控制系統(tǒng)設(shè)計為主站/遠程I/O從站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)主站統(tǒng)一管理系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備，遠程I/O分站只負責數(shù)據(jù)采集與設(shè)備驅(qū)動。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既滿足了系統(tǒng)設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系強的要求，又滿足了系統(tǒng)設(shè)備位置分散的要求。
開放性
高爐程控系統(tǒng)設(shè)計為一個開放的系統(tǒng)，工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛和開放性最好的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)軟件支持DDE、 OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API編程接口，可以方便地進行系統(tǒng)擴展或與全廠輔控網(wǎng)、MIS和其他子系統(tǒng)進行無縫連接。
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