炼铁高炉的电气自动控制系统分析

炼铁高炉的电气自动控制系统分析
发布时间：2022-08-11T05:46:55.421Z 来源：《科学与技术》2022年第30卷3月第6期作者：张健张方兵
[导读] 新时期社会经济飞速发展，而钢铁制造业与社会发展关系密切，
张健张方兵
广西柳钢中金不锈钢有限公司广西玉林 537000
摘要：新时期社会经济飞速发展，而钢铁制造业与社会发展关系密切，在钢铁行业生产过程中对自动化技术应用逐渐增多，可以有效提升产品生产质量，在炼铁高炉生产过程中应用电气自动控制系统可以有效保证生产效率。

基于此，本文从炼铁高炉电气自动化系统组成入手，讨论电气自动控制系统硬件及关键技术参数，最后提出高炉电气自动控制子系统组成，希望对有关研究带来帮助。

关键词：炼铁高炉、电气自动控制系统、应用。

钢铁企业在信息化时代下不断提升内部管理水平，炼铁高炉也在优化控制系统，尤其是新时期钢铁生产领域高度重视节能环保问题，为了达到节能减排目标同样需要加强自动化技术应用，通过电气自动化控制系统可以带来显著的经济效益和生态效益，以下进行相关分析。

一、炼铁高炉电气自动化系统组成与配置
现代化炼铁高炉自动化控制系统主要组成部分包括监测仪表、电气系统、PLC控制系统、远程管理计算机，并且在炼铁高炉电子自动化控制系统当中4个部分主要是通过电缆网线以及光纤相连接。

在实际设计过程中主要是考虑缩短线缆距离，进而节约建设成本，还有利于降低后续维护工作量。

电气自动化设备当中主站与分站通信连接主要是通过光纤实现，不过控制系统当中各系统具有独立性，导致实际操作不便，通过PLC系统建立基站可以对各系统进行集中控制或者分散控制，为了提升工艺运行的安全性需要采取冗余配置方法进行控制系统升级，实现处理器电源总线用于各控制模块都可以带电插拔，在某个环节出现故障后保证其它环节正常工作，大大提升了系统的安全性。

在炼铁高炉电气自动化控制系统当中PLC可以通过局域网连接计算机，所产生的数据都能够发送到计算机当中，控制人员能够在计算机中实现系统实时操控[1]。

炼铁高炉应用电气自动化设备过程中通过网络连接主站和分站，要求网络分布采取集中、分散相融合的方式，并且设计炼铁高炉自动化控制系统的过程中要采取冗余配制方法，由此实现各系统的正常运转。

冗余配置主要是通过总线冗余和电源冗余实现，单个部分出现问题不会对整个自动化控制系统产生严重影响，并且自动化控制系统运行期间控制标准主要是通过编程的控制器以及电脑连接操作，进而在电脑上发现相关数据信息，便于相关人员及时掌控自动化控制系统情况。

二、电气自动控制系统硬件及关键技术参数
（一）控制器
炼铁高炉西门子S7-300系列PLC控制器，该控制器自动化处理能力强，具有随意性、拓展性等特征，主要包括控制器模块、电源模块、通信接口、智能模块、模拟器和电池以及配线电缆，该型号PLC控制器详情如下：在本地网络中网络接口模块只需在底板插入CPU，对于远程网络来讲网络接口模块需要主机架通信接口模块，而分布式网络需要通过光纤连接分站。

（二）模块介绍
1、CPU
PLC控制器在系统主机当中应用能够有效控制系统主机架、远程机架和分布式I/O，将CPU安装于主机架底板，通过设置读写存储器或者内存卡可以扩大内存，在存储器运行期间程序可以进行顺序控制、逻辑运算，并且能够输出开关量以及模拟量，进而控制炼铁高炉的电动机。

2、CPS
这种自动化控制系统底板第1个槽内安装的模块，通过本机架实现供电，电源模块包括通信接口以及中央处理器、I/O，如果在应用过程中需要把系统独立用于I/O结构，需要结合实际情况选择高功率累加型、低功率独立型以及高功率冗余型电源，电源提供模块可以作为控制系统的常用模块，选择过程中需要考虑价格、性能等因素。

比如6ES7 305:负载电流供电 24/110VDC：24VDC/2 A；-25℃至 +70℃；允许短期冷凝。

3、I/O模块
该控制器主要包括模拟量、开关量，这两个输入和输出模块分别用于信息采集模块以及控制处理模块，I/O模块能够检测现场设备运行状态和采集数据信息，通过主机架中央处理器分析电平信号，最后把计算结果转成为控制信号，然后传输到电动机和伺服控制器，在底板安装期间通过模拟器和开关量实现输入输出。

4、网络接口
下拉式控制器具备多通信集成功能，在炼铁高炉电气自动化控制系统当中通过网络接口模块和同轴电缆连接，功能模块实现两路同轴电缆连接，相关参数如下：电缆连接采取双电缆方式，总线电流要求单通道达到600毫安，功耗达到单通道3瓦。

三、高炉电气自动控制子系统组成
（一）自动化系统
炼铁高炉生产运行期间，通过计算机、解码器、监测软件、仪表灯检测和控制高炉当中温度、风量、压力等相关参数，完成对高炉运行状态的评估。

一般来讲高炉主体系统为一体化控制系统，涵盖计算机控制端、电气系统以及仪表等部分，其具有控制功能和监测功能，在实际工作当中结合控制难易性进行辅助系统配置，比如PLC系统、继电器能够对系统监控，在实际工作中通过参数模拟和分析以往参数，便于监控人员掌握设备与各系统运行状态（如图2），然后根据实际情况制定风险应急处理措施，能够通过计算机远程操控阀门，关闭异常的设备，进而为高炉生产营造安全的环境。

（二）煤气净化控制系统
进行高炉生产过程中会产生大量的废气和烟尘，如果灰尘堆积会影响设备运行状态，所以在生产过程中需要定期进行高炉煤气设备粉尘和灰尘的清理。

在煤气净化系统当中主要是通过重力进行粉尘和煤气的分离，由此达到净化目标。

要点在于定期清理除尘袋，由此避免
过多的灰尘影响除尘效果，同时需要保证煤气净化控制系统具备单独控制自动控制、吹灰等功能。

（三）高炉炉顶供料系统
炉顶供料系统主要是利用卷扬机、探尺电机、布料倾动电机等设备，整个控制系统较为复杂。

高炉的容量大小直接对电机功率产生影响，以550立方米高炉为例，物料旋转机以及探尺电机功率分别要达到11千瓦4千瓦，并且需要在上料车控制系统当中配备切换柜变频器，由此维护工料系统运行，同时需要设置转换开关，由此调控线路，让变频器在15秒之内完成运转。

此外，控制人员需结合控制界面对空调设备实时管控，因此在日常设备维护和检修过程中通过高炉炉顶供料系统大大降低了操作的复杂性，有利于整个系统的安全稳定运行。

（四）自动热风炉系统
在炼铁高炉运行过程中主要过程包括燃烧、闷炉、送风，因此换风炉数量至少超过三座，由此确保炼铁期间热风的需求，避免对钢铁冶金造成不利影响。

目前热风炉工作模式主要包括手动操作模式、半自动操作模式和全自动操作模式，其中全自动操作模式下热风炉通过参数设定可以自动调整内部燃烧过程，并且记录拱顶温度煤气流量，便于控制人员实时掌握高炉运行状态，对异常情况及时处理。

（五）自动监控系统
在高炉电气自动化控制系统当中设置监控系统能够对高炉生产过程实时监控，通过工艺画面设计模块把控高炉生产期间生产设备，控制设备生产参数，即使出现异常问题控制人员也能在控制中发现和处理。

结束语：
综上所述，将自动化控制技术用于炼铁高炉生产环节，可以显著提升生产效率和安全性，需要说明的是炼铁高炉，应用电气自动化控制系统的过程中，也需要高度重视后续的维护工作，这样才能实现安全生产，今后需要继续加强，自动化技术的应用，由此实现，炼铁高炉无人化，智能化操控。

参考文献：
[1]何海江. 浅析炼铁高炉的电气自动控制系统[J]. 中国金属通报,2020，22(18):72-73.
[2]李楠. 对炼铁高炉的电气自动化控制系统分析[J]. 商品与质量,2020,11(20):79.。