施耐德QUANTUM PLC在高爐生產中的應用(一)

摘要：本文詳細闡述了施耐德QUANTUM PLC在高爐基礎自動化控制系統(tǒng)中的控制內容、功能要求、軟硬件及網絡構成、詳細控制方案及調試應用體會。

　　一、概述

　　邯鄲鋼鐵集團有限責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)，具有年產鐵鋼材500萬噸的生產能力。1999年8月，五大技改工程之一的2000m3高爐動工建設，2000年6月高爐順利出鐵。該高爐為引進德國克虜伯鋼鐵公司的設備和技術，年產生鐵150萬噸，利用系數 2.5，焦比480kg，噴煤量150kg/t，各項經濟技術指標位居國內同類型高爐第三名。

　　二、機型

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

　　三、工藝描述

　　煉鐵是在高爐內進行還原反應過程，爐料、礦石、燃料和熔劑從無鐘爐頂裝入爐內，從鼓風機來的冷風經熱風爐后，形成熱風從高爐風口鼓入，隨著焦碳燃燒，產生熱煤氣由下向上運動，而爐料則由上而下運動，互相接觸，進行熱交換，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；控制爐料均勻下降；調節(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。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)定順行的一個至關重要的因素。

　　四、系統(tǒng)控制內容及功能要求

　　高爐生產要求計算機控制系統(tǒng)能夠保證生產過程的連續(xù)性和實時監(jiān)控性，而且要求數據量最多，所有設備的自動化程度要高。計算機系統(tǒng)要求數據采集周期短，刷新速率快，特別對通訊網絡而言，數據傳輸速率、網絡穩(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。要求數據采集精確度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

　　·爐頂壓力控制：這是高爐生產中最重要的、必須投入自動運行的控制。正常情況下，高爐頂壓為250±3KPa。2000 m3高爐頂壓調節(jié)采用了比肖夫環(huán)縫洗滌塔專利技術，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4個取壓口以測量爐身靜壓力。

　　·爐體冷卻壁熱負荷檢測：高爐一代爐役的長短取決于冷卻壁的侵蝕情況。因此冷卻壁熱負荷檢測屬于重點監(jiān)控和維護內容，分析該處實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，可以了解爐內反應，風口或冷卻系統(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爐頂設備。

　　·氮風系統(tǒng)控制：通過送風閥、送氮閥、風機連鎖控制保護齒輪箱、閥箱等爐頂設備。
2熱風爐部分

　　·爐體溫度、壓力、差壓、流量參數檢測

　　·熱風溫度控制：通過自動調節(jié)混風切斷閥開度將適當配比的冷風摻入熱風管道中，控制送往高爐熱風圍管的熱風溫度在1200±20℃內。

　　·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節(jié)回路，廢氣溫度調節(jié)器的輸出作為煤氣支管流量調節(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支管流量的比值控制：煤氣支管流量與助燃風支管流量組成配比調節(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支管流量調節(jié)器的外給定值。