摘要：高炉煤气净化系统过去采用湿法除尘，该方法虽然能达到一定的除尘效果，但存在水污染及煤气热值降低等问题。近年来随着高温滤料的问世和自动化控制技术的发展，为高炉煤气干法除尘控制技术开辟了新的途径。高炉煤气干法除尘技术，不仅可以显著降低炼铁过程的水消耗，还可以提高二次能源的利用效率，减少环境污染，已经成为高炉炼铁技术的发展方向，属于冶金工业的绿色环保技术，在当今国内严峻的环保形势下，具有重要意义。
关键词：PLC；高炉；自动化控制；工艺流程
引言
目前国内许多钢铁企业为了提升自身的综合竞争力，将自动化控制引入高炉生产。基于 PLC 的高炉自动化控制系统的应用，能够满足高炉生产过程中的“高效、低耗、优质、长寿、清洁”理念，相较于过去工厂根据自身经验进行操作相比具有非常显著地优势，成为当前计算机的最佳应用领域。
1 高炉炼铁生产工艺及控制系统
高炉自动化控制程序是一项较为复杂的流程，其工艺系统主要由高炉本体系统、热风炉系统、上料系统、渣铁处理系统和联合水泵房系统等组成。高炉炼铁的过程一般是高炉本体系统把筛分好的原料经过上料系统装入高炉，再经过热风炉系统送入高炉，生产出来的生铁直接送到炼钢厂或铸成铁块，炉渣经过渣铁处理系统后可用于水泥工业。（1）本体系统。高炉本体系统是冶炼生铁的主体设备，在自动化控制中主要承担对本体工艺的数据采集处理及对其他设备的控制任务，通过对炉身、炉缸、料线、冷却水等数据进行检测，并与工业以太网、热风炉、煤气净化等控制系统进行通讯。主要控制和检测的内容以热风温度、冷风温度、混风温度、蒸汽管道压力、高压水压力等28项指数。（2）上料系统。高炉上料系统包括槽下配料和炉顶布料两大部分。槽下配料主要承担原料的称量和自动补偿误差任务，之后通过受料斗闸门、上密封阀送入相应的料罐内。炉顶布料设备由受料装置、布料装置、布料料流调节装置、压力调节装置和液压系统构成，当炉料经矿槽下配料后，高炉便接到了布料指令，按给定的料流经布料滚筒留到布料溜槽内。（3）热风炉系统。热风炉系统是高炉炼铁的主要设备之一，有内燃式、外燃式、顶燃式三种结构。当热风炉处于烧炉状态时，开启废气阀、烟道阀等相关阀门，其他一些阀门关闭。热风炉处于送风状态时，通过冷风管道向热风炉送入冷风，冷风经热风炉热交换后送入高炉。
2 针对高炉鼓风机自动化控制系统存在问题的解决方案
鼓风机初始设计的程序中缺陷较多，不利于风机稳定运行。导致机组非正常停机的因素很多为人为误操作，误操作可以通过技术措施来避免。对于维护，企业可以设计跳机条件的投入与退出程序，防止出现由于保护元器件故障导致的不必要停机，也便于机组运行中紧急维护。对于运行岗位，企业可在操作界面中添加重要按钮，保护界面，有效防止误操作。具体实施方案如下。（1）拷贝现场最终的运行程序，提前做好跳机条件投入与切除的操作界面，做好模拟实验，保证无误。利用检修时间做现场调试实验。（2）阀门需要频繁调节的（如电动排风阀），在下位机中将联动控制改为点动控制，增加一次执行动作的时间限制，最长动作时间为2 s。（3）凡是模拟量控制方式带直接输入控制幅值的，在上位机中采用分段控制，保证操作安全。（4）对于上位机中重要的按钮，都采用二次保护确认功能，用名称、操作命令、动作与否等形式进行二次确认，防止岗位误操作。（5）对于优化更改后的操作方法及步骤，对岗位人员进行详细培训，编写详细的操作流程，确保操作人员操作熟练、准确。
3 基于 PLC 的高炉控制系统的程序设计
基于PLC的高炉控制系统的程序设计是在STEP-7编程软件中进行程序编写来实现的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆STEP-7作为标准的软件包，可以对系统进行配置和程序的编写、PLC硬件配置的诊断、调试等，在高炉自动化控制系统中，STEP-7采用结构化编程，通过调用不同组织块、功能块、功能、数据块来编写用户程序S7-400 用以工业以太网的通讯处理模块在这里选用CP443-1，它自带处理器，能减轻 CPU 的通讯任务，通过 CP443-1可以实现 S7-400 与计算机、编程设备、人机界面的通讯。控制站 PLC的硬件配置主要包含：电源模块、中央处理器、通讯处理模块、远程控制站、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。
3.1 热风炉系统自动换炉控制
主干控制层的控制对象为四座热风炉，其控制功能为决定四座热风炉的运行方式、热风炉之间的送风顺序等，其主要控制功能为：热风炉自动换炉，热风炉半自动换炉，热风炉送风顺序指令。要求热风炉按照事先设定的送风顺序自动地进行、相应的状态转换，当某座热风炉发生故障或停止运行时自动地按照事先设定的送风顺序，选择下一个该送风的热风炉送风。热风炉主干控制程序实现三种送风工作制度，将工艺要求中的两烧一送工作制度归为单炉工作制度中。主干控制层采用西门子公司的SFC顺控图进行编程。
3.2 硬件配置
本系统使用SIEMENSS7-300CPU模块CPU315-2DP中央处理单元，其内部定时器达到126个，扫描1000个指令需10ms，足以满足现场控制的实时要求。它自带DP接口作为DP网络的主站，数据传输速率最大可达12Mbps，集成了系统内部通讯网络功能，实现对系统各设备工作状态监控与控制。选用数字量输入模板6ES7321-1FH00-0AA0实现粒化器，脱水器，粒化泵，皮带，电动阀等电气设备的数字量信号如运行状态，故障等信号进行采集监控。选用数字量输出模板6ES7322-1FH00-0AA0对系统各电气设备的启停，电动阀的开关进行数字量输出控制。选用模拟量输入模板6ES7331-7KF02-0AB0实现系统内部温度，流量，压力，转速等所有现场仪表检测信号的采集。选用模拟量输出模板6ES7332-5HD01-0AB0对粒化器，脱水器的转速进行变频调速控制。
4 控制系统实现功能
（1）高炉渣处理设备粒化装置启动顺序：粒化装置运行时，系统正常启动顺序如下：启动皮带机→启动脱水器→启动水系统设备→启动吹扫脱水器压缩空气电动阀门。（2）粒化装置设备停车顺序：与启动顺序相反。（3）水池液位与补水阀联锁实现自动补水。当PLC接收到的循环水池液位低于预设的报警液位时，系统发出报警并自动打开回用水补水阀向循环水池进行补水。当水池液位高于高水位报警值时，如果回用水补水阀处于开阀状态系统则输出关阀信号，实现循环水池自动保持正常液位。（4）循环水泵和循环水池液位联锁，当循环水池超过最低水位时循环水泵停止运行并发出故障报警。出口电动阀启停关系为泵开阀开，阀停泵停。
结束语
高炉采用全干式除尘技术对高炉煤气进行除尘，取代原有湿法除尘系统，并实现全过程的自动控制技术，具有明显的经济和社会效益，达到了理想的使用效果。但高炉鼓风机的自动化控制优化是一个复杂、带有一定风险性的过程，风机程序优化还需循序渐进，在运行中不断发现问题，制订相应的稳妥方案、措施来解决问题，进而使风机程序优化方面达到一个新层次，稳定生产。总之，采用PLC在高炉自动化控制系统能够实现高程度的自动化控制，也能够满足更多的自动化需求。
参考文献：
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论文作者:时东升1,向义龙2,陆斌3,奚卫刚4
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
标签：高炉论文; 热风炉论文; 系统论文; 水池论文; 布料论文; 顺序论文; 操作论文; 《电力设备》2017年第27期论文;