高炉自动上料(配料)控制系统的设计与制作

课题：高炉自动上料（配料）控制系统的设计与制作

系部：机电工程学院

专业：电气自动化技术

班级：

姓名：李瑞

学号：

指导老师：

2019．3．15

目录

摘要 (31)

第一章序言 (31)

1.1课题意义 (32)

1.2课题来源 (33)

1.3国内外高炉自动控制系统的研究现状和趋势 (33)

1.3.1高炉计算机控制发展 (33)

1.3.2炼铁自动化技术的现状 (34)

1.3.3高炉自动化系统的发展趋势 (34)

1.4毕业设计主要任务 (35)

1.5本章小结 (35)

第2章高炉上料生产工艺 (35)

2.1高炉上料系统的组成与工作原理 (36)

2.1.1高炉上料系统自动控制概述 (37)

2.1.2高炉上料控制系统流程 (37)

2.2高炉炼铁生产工艺简介 (39)

第三章可编程控制器及PID控制 (39)

3.1可编程控制器 (40)

3.2PID控制 (41)

第四章高炉上料系统的软件设计 (42)

4.1PLC程序设计 (42)

4.2槽下设备运转控制 (45)

4.3主卷上料小车的连锁控制 (45)

结束语 (47)

谢辞 (47)

参考文献 (48)

在冶金企业中，高炉给料系统是一个非常重要的复杂的设备系统。为了保证高炉进料的稳定、安全、高效工作，高炉进料计算机自动控制的设计与实现显得尤为重要。在提高控制系统控制精度的基础上，进一步提高了高炉进给操作的可靠性、安全性和稳定性，为高炉的生产提供了可靠的保证。本文结合实际科研项目——高炉进料系统自动改造，开发设计了一套高炉进料生产线自动控制系统。本项目跟踪国内外先进技术，采用目前先进的无钟炉具设备，提高设备可靠性，降低备件消耗，节约成本。在国内外生产过程控制技术发展的基础上，开发设计了可编程控制器控制系统。在本系统中，PLC作为核心部件，对整个生产线起到监控作用，各种电磁阀等机械部件发出控制指令，并结合组态软件完成论文的要求。根据PLC的输入和输出点进行硬件配置;根据PLC编程的特点，采用与工厂电路图最接近的方法——梯形图编制软件，并将软件划分为几个模块。通过组态软件实现操作界面、数据显示、设备状态、布匹设置、历史趋势、打印管理。用户可以修改各种数据。在原有常规控制系统的基础上进行了优化。采用PID控制对进给流量阀进行调节和控制。采用精确的结构模型对高炉进料系统进行了详细的分析，有效地解决了进料流量阀相对误差较大的问题，实现了快速调整，为高炉稳定高产创造了条件。

关键词：高炉自动上料系统；PLC；PID控制

第一章序言

高炉炼铁在钢铁冶金行业中，是最重要的组成部分。高炉炼铁是一个连续的过程，其通过氧化还原反应，将铁矿石还原生成生铁。各种原料包括铁矿石、焦炭和助熔剂按成分比例，由炉顶加料装置批次被送至高炉内，炉喉面要维持在一定的高度。铁矿石和焦炭在炉中变化成为交替的层状结构，在下降的过程中，矿石逐渐变成铁水和熔渣，聚集在炉中，并定期从释放口放出。高炉供料系统是炼铁生产的重要组成部分，供料系统通过料车分开，分为配料系统和上料系统前后两部分，本文主要阐述上料系统的硬件和软件的设计。

钢铁是现代社会工业生产最重要的原材料之一，钢铁工业是国家基干产业之一，钢铁生产量和质量是一个国家先进度和经济实力的重要指标，全球钢铁需求和钢铁生产量随着经济的发展而持续增长。高炉是以铁矿石为原料，生产铁水的主要设备，铁水是转炉后制造钢铁的主要原料。由于高炉位于炼铁厂的喉部，必须及时稳定地供给合格的铁水，所以这项稳定的工作非常重要。根据以下的理由：

(l)高炉炼铁非常的消耗能源，是整个钢铁产业链上最大的能耗大户，占到总耗能的60%。因此有效节能经济意义很大,而自动化技术对节能有关键作用。

(2)设备大型化"现代高炉容积都较大,稍不正常就损失很大,而以计算机为中心的异常炉况预报系统可使工长预先采取措施,避免事故。

(3)工艺连续化与前后工序关联化。高炉炼铁要为后续工序炼钢提供及时的、优质的铁水,后续工序的产品质量、操作都受前列工序来料的影响,没有自动化和信息化系统,难以为后续工序提供及时的质量均一的原料。

(4)工艺操作复杂。高炉为了维持正常的运转，需要有正确的配料并且能够将配料及时的装进高炉中、保持炉内煤气的流动和炉里燃料的充分接触，让炉料可以匀速下降，保持高炉内的温度状态，这些要求如果用人工的话是很难来达到要求的，而且高炉里面是被密封住的，只能借助专业的检测设备才能判断高炉内部的情况，所以自动化的非常必要的。

(5)原料用量大,运输量大,且要按严格的配比和顺序装入,没有自动配料装料和批重以及水分补正系统不仅耗费人力,且无法获得良好技术指标。

(6)设备要有高的运转率同时要长寿。例如要减少高炉的休风率,就得自动监视设备状态,出现故障先兆时就设法排除。

因此，制铁生产应用自动化已成为必然的趋势，它不仅是制铁工业现代化的标志，而且投入生产的比例显著。高炉加工材料装置是制铁制造的重要组成部分，提高了自动化水平，大幅降低了劳动者的劳动强度，提高了生产效率。同时，依靠原料的精确配合，可以提高产品的质量和品质。通过采用以往的用继电器来控制方式，能够实现对该装置的控制，不过，体积大、故障率高、对干扰的抵抗能力低、控制不正确，使用寿命短，这些都是存在的缺陷。通过使用现代PLC技术来控制高炉上料装置，能够克服以往的继电器控制系统的不足点，更加正确地提高工作效率、提高可靠性、降低故障率。

在顶岗实习阶段本人带着毕业设计任务来到一校企合作科技公司实习，接触到自动化专业从理论到实践的过程，并对自动化这门专业产生了浓厚的兴趣和进一步的认识。在顶岗实习期间，参加了公司热熔机、插针机和某型汽车轴件加工机等种类的机台安装与调试，学到了许多专业性技术，对自动化这门技术有了一些工作经验。尤其是该公司正在使用的高炉上料自动控制系统采用了PLC来控制生产自动化，操作更简单，也方便了机器的维护，受到了公司的重用，用户的喜爱，能够为公司带来显著的经济利益。

凭借 4 个月的工作经验和公司的技术支持，以及指导老师的帮助下，本人用

了两个月的时间完成了机器的组装，控制设计，调试及操作维护过程，并在指

导老师的安排下，组织开展毕业论文写作。

1.3国内外高炉自动控制系统的研究现状和趋势

1.3.1高炉计算机控制发展

在高炉生产中使用自动控制是非常早的，最初使用的是简单的仪器和电子控制装置。二战后，自动化技术和设备的真正使用开始了。当时，自动化基本上由两部分组成:仪表和气动传动，它们几乎是相互独立的。仪器主要是热参数测量和简单的回路控制，以保证正常生产和节能。电气设备主要采用遥控和继电器联锁，后来发展到进料和配料的控制。随着技术的发展，该仪器已发展成为集电气、气动、液压等多种技术于一体的一体化装置。在控制电路方面，已发展成为以电子管和晶体管逻辑电路为基础的大、中、小型集成电路和大型集成电路计算机控制系统。电传动，由简单的调节、继电器链发展为使用交流磁放大器、磁放大器和水晶报警管。高炉自动化控制在国内外都经历了这样一个技术发展过程。因此，为了适应信息化的发展，信息技术的三大核心技术——信息采集技术(传感技术)、信息传输技术(通信技术)和信息处理技术(计算机技术)必须跟上人类信息化发展的需要。计算机控制是当今最活跃的技术之一，在高炉生产的许多领域都显示出良好的发展势头。计算机控制是高炉自动化的重要标志，对提高高炉生产率和生铁质量，降低燃料消耗，延长高炉寿命具有重要作用。