高炉控制系统

目录

第1章高炉控制系统工艺分析 (1)

1.1高炉控制系统工艺介绍 (1)

1.2 高炉控制系统的组成及应用 (1)

1.3高炉控制系统主要控制内容 (2)

第2章高炉控制系统设计 (2)

2.1高炉系统控制分析 (3)

2.2仪表的选择 (4)

2.3传感器的选型 (4)

第3章基于组态王的高炉系统监控程序设计 (5)

3.1主控界面设计 (5)

3.2报警和趋势界面设计 (7)

3.3历史数据报表 (8)

3.4实时数据报表 (9)

第4章结论与体会 (11)

参考文献 (12)

第1章高炉控制系统工艺分析

1.1高炉控制系统工艺介绍

随着工业的发展，高炉的运用愈来愈渗透进多个行业。但是在高炉产生巨大经济效益. 应用多套 PL C组成高炉控制系统的实现方法和功能特点 ,以及多座高炉控制系统进行两级联网通讯 ,实现过程控制和生产管理自动化。实际应用表明 ,系统整体设计合理 ,运行稳定可靠 ,满足了高炉生产要求并取得很好的效益。

主体工艺系统采用三电(电气, 仪表, 计算机)控制一体化程度较高的分布式控制系统进行集中控制、监视和操作，主要的辅助工艺系统则视工艺过程控制的难易程度,选用独立的PLC(DCS)或继电器(模拟仪表)系统进行控制、监视和操作。主体工艺自动控制系统与辅助工艺PLC(DCS)或继电器(模拟仪表) 系统之间通过数据通信接口或I/ O 模件接线方式进行通信。本文仅对高炉生产主体工艺自动控制系统的各个设计阶段、内容,进行总结和介绍。

高炉控制系统主要包含高炉本体控制、给料和配料控制、热风炉控制，以及除尘系统控制等。高炉炼铁自动化控制系统就是保证炼铁生产过程的连续性和实时监控性，进而保证高炉操作的四个主要问题：正确配料并以一定的顺序及时装入炉内、控制炉料均匀下降、调节炉料分布及保持其与热煤气流的良好接触、保持高炉整体有合适的热状态。

高炉控制是集机械、电气控制和计算机应用为一体的技术，采用以和利时公司HOLLiASLK系列PLC为核心的，集中与分散相结合的自动化控制系统，系统由1个中央控制室和上料系统、高炉本体、热风炉、除尘等四个控制站组成，通过高速100Mbps光纤工业以太网进行数据通信，自动化过程监控系统的布局及网络结构。

本系统是一个集顺序控制、过程控制、数据采集、工况监视、数据管理为一体的计算机控制管理系统。对电动机、阀门等以及成套机电设备的开关量控制，包括分组联锁起动、分组联锁关机、组内自动联锁控制、组内单步联锁控制、系统单步调试；过程控制数据的采集和处理（包括开关量和模拟量）；完善的报警功能。开关量和模拟量报警的显示、确认、记录和打印；动态显示工艺流程图画面，各画面之间可以自由切换；历史曲线图、实时曲线图、电气仪表图和棒形图显示和打印。

1.2高炉控制系统的组成及应用

高炉控制系统主要包含高炉本体控制、给料和配料控制、热风炉控制，以及除尘系统控制等。高炉炼铁自动化控制系统就是保证炼铁生产过程的连续性和实

时监控性，进而保证高炉操作的四个主要问题：正确配料并以一定的顺序及时装入炉内、控制炉料均匀下降、调节炉料分布及保持其与热煤气流的良好接触、保持高炉整体有合适的热状态。

高炉自动控制系统通常由常规检测仪表、电气传动系统及以计算机为主体设备的分布式控制系统共同组成。自动控制系统在系统应用功能上由 4 级组成。第1 级为现场检测和传动级,主要对工艺生产现场进行检测和驱动;第2级为基础自动化级,主要完成生产过程的数据采集和初步处理,数据显示和记录,数据设定,生产操作,执行对生产过程的连续调节控制和逻辑顺序控制;第3级为过程监控级,主要完成生产过程操作指导,作业管理,模型计算,数据处理及存储;系统与装置4级为生产管理级,主要进行全厂生产信息管理。控制系统采用高速数据总线通信,并留有与其他生产及管理部门通信的接口。第1级属于常规检测仪表及电气传动系统，第2～4 级属于分布式控制系统。

1.3高炉控制系统主要控制内容

按照功能和结构划分，高炉系统分为四个分系统：槽下及上料控制系统、高炉本体系统、热风炉系统和除尘控制系统。

装料自动控制，为保证高炉冶炼过程正常进行，必须使炉料保持一定的高度。送风自动控制，从风口鼓入约1000～1200℃的热风使焦炭燃烧。热风温度控制：冷风经热风炉加热后的风温并不是恒定的，开始时风温高，以后则逐渐降低，用风温调节器控制掺入的冷风量便可使风温保持恒定。

此外，炉顶煤气的检测和控制，炉顶煤气的压力和成分直接反映炉内的冶炼情况。炉顶压力调节装置控制炉压恒定，是确保炉料平稳下降的重要措施。高炉炉体设备管理，为延长高炉寿命，需要对炉体和设备进行监控。常用各种热传感器监视炉缸、炉身、冷却壁等炉体各部位的温度，超限时作出报告；或用触发响应法对耐火砖残存厚度进行测量监视。风口是关键设备，需要经常监视。用卡门流量计或双管电磁流量计检测风口冷却水的进出流量差，就能检查风口冷却套是否破损。

高炉生产主体工艺系统包括:高炉矿、焦槽,上料(料车上料或皮带机上料) , 炉顶(无料钟炉顶或钟式炉顶),高炉本体,出铁场,粗煤气除尘煤气清洗(文氏管或比肖夫法),炉顶煤气余压发电(TRT),热风炉,炉渣处理,煤粉制备及喷吹等。高炉生产主要的辅助工艺系统包括: 高炉除尘系统,鼓风站,空压站,锅炉房,水处理系统,碾泥机,铸铁机,检、化验设施,生活福利设施等。一般地, 高炉生产主体工艺系统与主要的辅助工艺系统分别由不同的控制系统进行控制。

第2章高炉控制系统设计

2.1高炉系统控制分析

高炉控制一般采用探料尺在垂直方向周期地从炉顶探测料面高度和炉料下降速度（采用微波式的或激光式的探料尺可连续探测）。当炉料低于规定料面高度时，上料系统开始装料。机械式探料尺和上料系统采用无触点的程序控制器或可编程序控制器控制。为了提高装料的精度，广泛采用小型计算机控制炉料重量，并把每次实际装入漏斗的原料数量记录下来，求出与装料规定量之差，在下次称量时自动给以补正。计算机控制装料还可将单位时间内各种原料的给定量、总重量、水分含量、各原料仓的库存量等装料数据打印制表。

从风口鼓入约1000～1200℃的热风使焦炭燃烧。为保持炉温恒定，炉况平稳，须对热风的温度、湿度和富化处理进行控制。炉内反应过程的参数不能直接检测，所以控制系统尚未达到完善的程度，但已有数种炉况控制系统(如炉热模型系统,GO-STOP系统)在高炉上获得应用，其中以炉热模型构成的系统应用较多。炉热模型系统以高炉炼铁过程的物理化学反应为基础，把高炉分为风口燃烧带、直接还原带和间接还原带，根据输出输入高炉的各种参数（如矿石焦炭装入量、风量、风温、喷吹量、炉顶煤气成分、渣铁成分和生成量等）列出各反应区间的物料平衡和热量平衡方程组，然后求解这些方程组，便可得出炉中直接还原反应带的固体温度和气体温度。

这些温度代表炉热的状态，根据炉热的变化自动调节送风参数（如风温、喷吹量等），改变风口送入的热量，将炉热控制在最佳状态。为提高系统的控制效果，有时将理论模型与统计模型结合使用。这种闭环控制系统已被采用。GO－STOP 系统是以系统辨识方法来判断炉况并构成闭环控制系统的。由于炉况控制过程中有大量的计算工作，这种系统需要使用电子计算机。炉身静压力的变化也是炉况的重要参数，常在炉身不同高度的圆周上检测炉身的静压力。这一静压力反映炉料的透气性、气流分布和软熔带根部位置的高度，是判断炉况的重要依据之一。根据炉料的透气性，以炉顶压力为调节手段可组成炉料透气性调节系统。保持透气性恒定有助于炉料顺利下降，保持炉况稳定。

炼铁是在高炉内进行还原反映过程，炉料、矿石、燃料和熔剂从炉顶设备装入炉内，从鼓风机来的冷风经热风炉后，形成热风从高炉风口鼓入，随着焦炭燃烧，产生热煤气由下向上运动，而炉料自上向下运动，相互接触，进行热交换，逐步还原，最后到达炉子下部，还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由铁口和出渣口放出。

高炉过程检测和控制的主要项目可分为，监视炉内反应、稳定高炉操作、保