高炉喷煤自动化系统

高炉喷煤自动化系统

采用西门子S7-400PLC介绍了高炉喷煤自动化系统的的硬件配置，软件编程，以及调试。

标签：PLC自动控制；西门子PLC；高炉喷煤

一、高炉喷煤工艺及作用

现代高炉冶炼需用焦炭，它在高炉中的作用是提供冶炼过程需要的热量；还原铁矿石需要的还原剂；以及维持高炉料柱透气性的骨架。高炉喷煤是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉或烟煤粉或这两者的混合煤粉，以替代焦炭起提供热量和还原剂的作用。以价格低廉的煤粉部分替代冶金焦炭，不仅可以降低生产成本，且减少焦炭的需求量，可降低炼焦生产对环境的污染。其工艺流程图如下：

二、控制系统硬件配置

本套自动化系统采用一套，两台上位机完成对整个系统的监控及数据采集等。自动控制系统采用S7-400 系列PLC硬件组成基础自动化系统。采用Intouch10.0监控软件，编程软件采用STEP7V5.4，系统平台为Windows XP，组成计算机操作系统，实现人机通讯。

控制器与上位机之间采用环形工业以太网进行通讯。主机控制单元接受由I/O接口收集的信号进行开关量和模拟量的处理后，将信号经I/O接口实现对设备的控制，与监控站及上位机通讯。系统中所用PLC模块型号如下：电源模块6ES7 407-0KA02-0AA0；CPU 6ES7416-2XN05-0AB0；以太网通讯模块6GK7 443-1EX20-0XE0；总线接口模块6ES7 153-1AA03-0XB0；数字量输入模块6ES7 321-1BH02-0AA0；数字量输出模块6ES7 322-1BH01-0AA0；模拟量输入模块6ES7 331-7KF02-0AB0；模拟量输出模块6ES7 332-5HD01-0AB0。系统配置图如下：

三、控制系统组成

这里是以某厂已投用喷煤项目对控制系统做相关介绍。该系统根据工艺可分成以下几个分系统。

（一）制粉系统

制粉系统主要工艺流程如下：原煤从定量给煤机通过皮带进入原煤仓，经阀门进入给煤机皮带，通过皮带进入磨煤机，在磨煤机内经不断碾压成粉状。原煤在磨制的同时，被吸入磨机的干燥气体干燥。通过分离器进行粒度分级，合格的通过分离器，不合格的粗粉返回磨机重磨，合格的煤粉被主排风机吸入布袋收

尘器进行收集，最后成品煤粉下到煤粉仓。

主要控制设备有定量给煤机，磨煤机，排粉风机，卸灰阀，煤粉筛，原料皮带机等，设备控制和仪表信号通过PLC采集并集中控制。

定量给煤机为变频控制，设定每小时给煤量后，程序自动调节机器运行频率。磨煤机是高压设备，启动前需先启动润滑系统，当润滑油压力大于0.16MPa且温度小于25℃是才允许启动磨煤机，以确保设备安全。该系统中有5条原料皮带机，正常工作时采用自动流程启动，不需要每条单独手动控制，点击监控画面上的按钮，流程中的皮带同时启动预警，10秒后启动最下游皮带，然后依次向上游启动，生产过程中如果下游皮带停机，上游皮带也连锁停机，以防止堵料。

（二）喷吹系统

喷吹系统主要工艺流程如下：该系统有两个喷吹罐向高炉喷煤。煤粉仓的煤粉根据需要加入喷吹罐，用压缩空气将煤粉沿喷吹管道和分配器输通过高炉风口送进高炉。当一个罐喷吹时，另一个泄压、装粉、冲压、开始喷吹过程。罐底装有流化器，帮助煤粉更均匀稳定的喷出。主要控制设备有喷吹电磁阀和喷吹流量调节阀。设备控制和仪表信号通过PLC采集并集中控制。

补压阀有手动和自动2种工作方式。在自动方式下可以分别设置对应的喷吹罐的压力。压力到达设定压力时自动关闭。压力小于设定压力-10KPa时自动打开。出煤阀与压缩空气流量连锁，流量小于每小时2000立方米时，阀门自动关闭且不能打开。喷煤生产过程中有个重要的的参数是喷吹率的。喷吹率就是每小时喷出的煤粉量，如何穩定，均匀，准确的调节煤粉喷吹量，是维持炉温稳定，保证炉况顺行，使高炉达到最佳冶炼状态的重要因素。通常喷吹率可通过质量流量计来检测，但该喷煤系统中没有该设备，使用PLC通过喷吹罐重量的变化来计算得到。当出煤阀打开时，记录当前喷吹罐重量为t0，然后每秒记录该数据一次，一次为t1，t2，t3.......tn。当喷吹一分钟后，用此时的罐重t60减初始罐重t0，即可得到一分钟喷煤量，（t60-t0）x60=每小时喷吹量（喷吹率）。程序中可通过以下功能块实现该功能。

该功能块能不断采集某个数据，并保存。设定采集周期后，功能块采集数据并存放在其背景数据块中，当数据数量超出数据块时，自动清除最早的数据并将其它数据依次后移。计算出喷吹率即可通过流量调节阀对压缩空气流量进行PID 调节，从而达到自动喷吹的目的。

（三）烟气系统

烟气系统的主要设备是电磁阀和调节阀，助燃风机，引风机等。烟气炉的燃料室高炉和焦炉混合煤气。为确保生产安全，高炉及焦炉煤气切断阀只有在压力压力大于2KPa时阀门才能打开。

四、结束语

本文讨论了基于西门子S7-400系列PLC的高炉喷煤的控制系统，本控制系统已经在某厂生产得到了实际应用，满足了现场的生产工艺要求。操作画面简单方便，具有工艺参数显示，设备安全连锁及自动控制，设备状态监控，历史趋势记录等功能。实现了喷煤生产的自动化。操作方式灵活，简单。在该系统中，PLC 充分发挥了其配置灵活、控制可靠、编程方便和可现场调试等优点，对整个系统的稳定生产起到了很大的作用。

参考文献：

[1] 周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].冶金工业出版社.2003.

[2] 廖常初.PLC编程及应用[M].机械工业出版社.2002.