基于PLC 的高炉自动化控制系统的设计与实现

胡振江，吕 亮，徐向春，李 平

（承德钢铁集团有限公司，河北 承德 067000）

1 高炉炼铁生产工艺

高炉炼铁生产工艺较为繁琐，因此，我们要先了解高炉工艺中每个流程步骤。炼钢厂高炉自动化系统主要由给料系统由给料、炉体、废渣处理、热风炉等系统组成，联合水泵房系统等。为了使原材料达到高炉炼铁实际生产需求，要对原材料进行筛选，供料系统将原材料输送至高炉中，热风炉可以对鼓风机吹出的空气进行加热，送入高炉内部。高炉产出的生铁能够铸成铁块，处理后的矿渣可用于水泥工业。高炉的生产过程由高炉主体和其他辅助设备系统完成。高炉炼铁的工艺流程如图1 所示。

图1 高炉的工艺系统组成

高炉复杂的工艺系统主要有以下几个部分：

高炉炉体部分：高炉炉体是高炉炼铁过程正常运行的基础。它具有大量的模拟输入，尤其是大量的温度传感器输入数据，并且可以监视复杂的高炉炉体状况。

炼铁高炉的上料系统部分：高炉供料系统分为炉顶分配部分和储罐下料部分。炉顶分配部分可以将炉槽下方输送来的物料正确分配下去，同时能够控制分配斜槽的旋转情况和倾斜角度，满足多种形式的分配；料槽下的配料可将高炉炼铁使用的原材料以正确的比例进行分配，将原料运送至高炉顶部，它的作用是对料槽的阀门和斜槽进行控制。

在高炉冶炼过程中，炉料从顶部分配系统加载到高炉中，并从顶部移动到底部。高炉底部的风口吹入热风炉发出的热空气还原气体为一氧化碳和氢气。当电荷降低时，上升的还原气流将其加热，从而产生一系列的物理和化学变化。在该过程中，铁矿石中的氧化物被还原气体还原，并且所产生的铁水和炉渣分别从铁孔和炉渣孔排出。产生的高炉煤气被除尘并输送到发电厂。

2 高炉PLC网络

图2 高炉PLC 网络结构图

高炉监控系统选用MODBUS PLUS 网，PLC 分站与主站之间选用同轴电缆通过远程I/O 分支器连接，卷扬主站与槽下分站电源取自卷扬UPS 电源。

该系统主要的控制设备分为三部分，炉顶部分有：煤气放散、东西均压阀、东西均压放散阀、挡料阀、上密封阀、下密阀、料流调节阀、布料器旋转、溜槽倾动、东西探尺等设备；卷扬部分有：东西料车；槽下部分有：10 个电子坑门的开关，振料、称值数据采集，2 个地坑的开关，振料、称值数据采集，运矿、运焦、返矿、返焦等6 个皮带。以上设备通过该PLC 自动系统的来实现了高炉的生产流程自动化控制。

3 高炉热风炉参数设置方法

（1）高炉热风炉系统配置4 座顶燃式热风炉，仅用高炉煤气进行烧炉，设计风温1200℃，最高拱顶温度1400℃，蓄热面积为124m3。高温区采用硅砖，热风炉系统设有换热器来预热助燃空气，采用两台助燃风机集中送风，1 用1 备。计算机自动燃烧控制、送风温度控制和换炉控制等。

图3 4 座顶燃式热风炉图

（2）操作方式。①机旁非联锁。选中后允许机旁操作，没有任何安全联锁限制，仅在停产检修时允许使用。②集中联锁。选中后允许在OS 站操作设备，有安全联锁条件限制。③集中非联锁。选中后允许在OS 站操作设备，没有任何安全联锁条件限制，仅在试车时允许使用，投产后禁止使用。④自动。选中后允许单个热风炉从送风转闷炉，闷炉转燃烧，燃烧转闷炉，闷炉转送风；若同时选中所有热风炉自动，同时启动全自动，则按照设定的送风时间自动转换送风。必须注意的是，在热风炉处于燃烧，送风，闷炉的确定状态时，自动方式才能启动。

图4 热风炉运行图

（3）参数设置方法。若PLC 停电，PLC 内的程序若丢失，需要重新下载程序，下载工作须电气专业人员进行，没有丢失则不须此项工作。但不论是否需要下载程序，都需要重新设定以下参数，否则设备无法正常工作。需要注意，PLC 停电才需要做此项工作，外部设备停电则不必要。

①所有调节阀的控制方式，PLC 停电将导致控制方式复位。若希望自动，则必须选中自动，希望手动则在希望动作该设备时选中手动并设定开度。PLC 停电后不选操作方式是很隐蔽和危险的，因为调节阀将保持在送电时的开度不动作。②所有热风炉煤气调节阀的空煤比；否则自动方式下煤气调节阀不会开启。③所有助燃空气调节阀的设定流量；否则自动方式下助燃空气调节阀不会开启。④冷风混风调节阀的设定温度，否则在“温度调节”方式下，该阀不会动作。同时需要选中“温度调节”或“开度调节”方式，若选“开度调节”，需同时设定开度。⑤所有热风炉烧嘴温度调节阀的设定温度，否则自动方式下该阀不动作。若选手动，则在动作此阀时设定开度。默认选中“A 点调节”，若需用B 点，选中“B 点调节”。⑥供热风炉富氧管氧气调节阀设定流量，否则该阀在“流量调节”方式下不会自动跟踪流量；若选“开度调节”，则在动作此阀前设定开度。⑦助燃空气总管压力调节阀，在“压力调节”方式下设定压力，否则该阀不会开启；在“开度调节”方式下，动作此阀前设定开度。⑧助燃风机风门入口调节阀设定开度，并选中手动或停止。请注意，启动风机前相应入口调节阀需要关闭，以利延长高压风机寿命，风机启动后，手动设定开度让风门开到相应开度。⑨“送风设定时间”以分为单位设定。否则热风炉全自动无法工作。

下图是设置热风炉煤气调节阀的空煤比的窗口，其他调节阀设置窗口与此图类似。

图5 设置热风炉煤气调节阀的空煤比的窗口

4 总结

在现代工业建设过程中，钢铁是必不可少的基础原料。在炼铁高炉生产过程中合理使用电气自动化可以减少冶炼过程，同时可以为员工提供更详细的监控信息，以利于监控。人员根据数据信息及时进行调整，以确保生产的顺利进行，从而可以提高产品的产量和质量。对于目前的技术方法，炼铁高炉的电气自动化控制系统仍有广阔的发展前景，这就要求相关人员根据实际情况优化企业的电气自动化控制系统，以促进良好的发展。