2500m_3高炉炉顶压力控制实例

【文章编号】１００６－ ６７６４（ ２００８） ０１－ ００８８－ ０４
Ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ２５００ ｍ３ Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒ ｎａｃｅ Ｔｏｐ Ｐｒ ｅｓｓｕｒ ｅ Ｃｏｎｔｒ ｏｌ
ＢＩ Ｙｏｎｇ１ ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎ－ ｂａｏ２ ，ＷＵ Ｚｈｏｎｇ－ ｙｅ２
（１． Ｓｏｎｇｓｈａｎ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａｏｇｕａｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａｏｇｕａｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１２１２３；
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由 ＴＲＴ 发出 ＴＲＴ 重故障信号， 并对减压阀组中的两
下面仅以一个 ＰＩＤ 控制器进行说明： 炉顶压力 台液压快开阀进行短暂控制， 以稳定炉顶压力， 待炉
信号经处理后送 ＰＩＤ 控制器的 ＰＶ 端， 炉顶压力值 压稳定后将快开阀的控制权交给高炉中控室。
（ ＰＶ） 与设定值（ ＳＰ） 进行比较， 并对偏差进行 ＰＩＤ 运
Ｃ．由于 ＴＲＴ 控制室和高炉主控室为分别设置，
算， 结果（ ＬＭＮ） 经限幅处理后输出控制调节阀动作。 为了防止 ＴＲＴ 的计算机或通信线路出现故障， 而造
阀门在自动状态时， ＭＡＮ＿ＯＰ 自动跟踪 ＬＭＮ； 阀门 成炉顶压力异常升高， 高炉计算机始终对炉顶压力
【摘 要】介绍了韶钢 ２５００ ｍ３ 高炉炉顶压力控制的实现方法， 分析了自动化 控 制 系 统 的 硬 件 设 计 （ 包 括
现场自动化仪表的设计和 ＤＣＳ 系统结构及硬件配置） 、软件设计。
【关键词】高炉顶压； ＰＩＤ 控制； 无扰动切换； 自动稳压
【中 图 分 类 号 】 ＴＫ２２３
【文 献 标 识 码 】 Ｂ
Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．， Ｌｔｄ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ （ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ａｕ－
ｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ ＤＣＳ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ） ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅ－
２． Ｈｕａｔｉａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， ＭＣＣ， Ｍａａｎｓｈａｎ， Ａｎｈｕｉ ２４３０００， Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ２５００ ｍ３ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｏｐ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｓｈａｏｇｕａｎ
余压透平发电机组（ ＴＲＴ） 。减压阀组和 ＴＲＴ 是并联 设 置 的 ， 它 们 之 间 互 为 联 耦 关 系，且 韶 钢 ７＃ 高 炉 的 ＴＲＴ 车 间 归 动 力 厂 管 理 ， 不 归 铁 厂 管 理 ， 因 此 ＴＲＴ 的计算机不在高炉中控室， 这样就给炉顶压力控制 带来较为复杂的情况。
（１） 针对 ７＃ 高炉的实际情况和减压阀组中四台 阀门的并联关系， 给每台阀门设置一个 ＰＩＤ 控制器， 详见图 ２。
图 ２ Ｐ ＩＤ 控制器相关接口
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式， 在 ＷｉｎＣＣ 的画面内完成查询任务。
１９９９．２ ［４］Ｃｈｕｃｈ Ｗｏｏｄ［美］．梁普选译．Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋ ６．０ 数据库编程大全 ［Ｍ］．
北京：电子工业出版社 ２０００．３． 收 稿 日 期 ：２ ０ ０ ７ －０ ８ －０ ２
作 者 简 介 ： 王锬（ １９７４－ ） ， 男， 大 学 本 科，工 程 师 ， 现 从 事 工 业 过 程 控 制自动化的技术工作。
韶钢 ７＃ 高炉是由韶钢松山股份有限公司投资， 电动调节阀控制顶压， 为防止计算机出现故障不影
中冶华天工程技术有限公司总承包的 ２５００ ｍ３ 大型 响高炉生产， 在中控室内的操作台上设有两台电动
高炉， 包括高炉主体工艺设施及配套辅助设施。即： 手操器， 作为两台电动调节阀的后备硬手操； 两台液
原燃料及上料系统； 炉顶； 高炉本体； 粗煤气系统； 风 动阀门配备美国 Ｄ６３４Ｒ 伺服阀和南液公司的 ＮＹ－
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升高， 这在高炉操作上是不允许的， 此时应迅速将减
压阀组中的快开阀按照煤气量的信号要求ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ开一定
角度， 使原来通过 ＴＲＴ 的高炉煤气经减压阀组中的
快开阀流出， 以稳定炉压。在 ＴＲＴ 无负荷运转时， 透
平仅需要少量的高炉煤气作无负荷运转， 其余大部
３ 软件设计
３．１ 现场实测信号的处理和现场仪表的功能划分 为了真实反映高炉炉顶的压力， 我把现场测得
的 ４ 个压力信号先分别进行移动平滑处理， 滤掉大 部分瞬时峰值信号， 再对信号进行高选， 最终的顶压 信号送 ＰＩＤ 控制器， 作为 ＰＩＤ 的 ＰＶ 值。
７＃ 高炉的减压阀组共设置了四台阀门， 两台电 动调节阀和两台液压快开阀， 根据工艺和业主的要
求， 我把四台阀门功能进行了如下划分： 其中一台电 动调节阀（ＤＮ９００）作为量程阀使用， 另一台电动调节 阀 （ＤＮ６００）作 为 自 动 阀 使 用 ， 量 程 阀 的 作 用 是 根 据 自 动阀的开度信号按一定梯度进行开闭， 具体是当自 动阀开度在 Ｈ－ ＨＨ 时， 量程阀的开度逐级增大， 使 自动阀开度回落到正常开度范围内； 当自动阀开度 在 Ｌ－ ＬＬ 时， 量程阀的开度逐级减小， 使自动阀开度 回升到正常开度范围内， 起到扩大量程和提高调节 精度的目的。两台液压快开阀作为快开或调节使用， 由于两台液压快开阀都配备 Ｄ６３４Ｒ 伺服阀， 因此每 台液压阀既要有快开功能， 又要具备自动调节功能。 ３．２ 软件编制
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ｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．
【Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ】ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｏｐ； ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｕｎｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ； ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｖｏｌｔａｇｅ
ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ
１ 概述
高 炉 正 常 生 产 时（ＴＲＴ 未 投 产 或 检 修 期 间）， 由 两 台
４ 结论
Ａ． 由减压阀组向 ＴＲＴ 切换： 首先 ＴＲＴ 申请启 动， 经高炉允许后， ＴＲＴ 开始运转， 此时减压阀组仍 然自动跟踪顶压， 直至 ＴＲＴ 并网， 并 将 两 台 液 压 快
韶 钢 ７＃ 高 炉 自 ２００５ 年 建 成 投 产 后 运 行 良 好 ， 达到了设计的目的， 很好地满足了生产的需要。
ＴＲＴ 申请启动
开关量
ＴＲＴ 投入
开关量
ＴＲＴ 重故障
开关量
ＴＲＴ 停机申请
开关量
ＴＲＴ 控制高炉顶压
开关量
ＴＲＴ 轻故障
开关量
液动阀油源故障
开关量
高炉主控室送 ＴＲＴ 控制室联系信号：
炉顶压力测量信号一个
４—２０ｍＡ
炉顶压力设定值信号一个
４—２０ｍＡ
减压阀组阀门开度信号四个
４—２０ｍＡ
高炉高压
开关量
口平台出铁场； 煤气干法除尘系统； ＴＲＴ； 热风炉系 ＤＫ 型伺服控制器及 ＦＩＳＨＥＲ 位置传感器， 为防止伺
统； 喷吹煤粉（ 含干燥， 制粉， 喷吹） 系统 ； 除尘系统； 服阀或动力油源出现故障时， 液动调节阀误动作， 设
中心循环泵房； 渣处理系统； 富氧（鼓 风）系 统 、外 部 置一个两位四通电磁阀以达到液动调节阀保位的目
收稿日期： ２００７－ ０９－ １２
开阀的控制权也交给 ＴＲＴ 侧； 此时炉顶压力由 ＴＲＴ 调节。
作 者 简 介 ： 毕 勇（１９６９－ ）， 男 ， １９９３ 年 毕 业 于 华 东 冶 金 学 院 计 算 机 及 应用专业，大学本科，现从事自动化控制方面的工作。
Ｂ．由 ＴＲＴ 向减压阀组切换： 当 ＴＲＴ 重 故 障 时 ，
管网和其它辅助设施。韶钢 ７＃ 高炉采用的是无料钟 的， 并可在线更换伺服阀； 另外在油路上设置伺服阀
炉顶， 可以提高炉压利于铁的还原， 同时也使炉顶设 的备用调节回路， 由一个三位四通电磁阀控制。
备长期处于高压状态， 为了保证高炉安全、有效的生 产， 对高炉炉顶压力的控制就显的尤为重要。
高炉煤气流经减压阀组后产生一个大的压差， 为将这部分能源有效的利用起来， ７＃ 高炉设有炉顶
高炉常压
开关量
高炉休风
开关量
高炉正常
开关量
高炉允许 ＴＲＴ 运行
开关量
２．２ ＤＣＳ 系统结构及硬件配置
韶钢 ７＃ 高炉炉顶计算机系统由西门子 ＰＣＳ７ 控
制系统组成，其系统构成框图见图 １。
图 １ 主工艺系统计算机配置简图
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在手动状态时， ＳＰ＿ＯＰ 自动跟踪 ＰＶ， 真正做到手／自 进行监测、报警， 当高炉侧计算机判断顶压为异常升
动切换时无扰动， 保证炉顶压力的稳定。
高， 并超出设定值时， 则由高炉侧计算机优先取得对
（２）因为减压阀组和 ＴＲＴ 是并联设置的， 必须要 快开阀的控制权， 以稳定炉压。
做到减压阀组和 ＴＲＴ 切换时炉顶压力的稳定。
ＴＲＴ 的 运 行 分 为 有 负 荷 和 无 负 荷 运 转 两 种 情 况。在 ＴＲＴ 有负荷运转时， 即在 ＴＲＴ 工作状况下， 高炉煤气不通过减压阀组或仅有一部分高炉煤气通 过， 此时由 ＴＲＴ 肩负起炉顶压力调节的重 任 。 当 ＴＲＴ 在运行过程中发生异常情况（ 如透平跳闸） ， 原 先通过 ＴＲＴ 的煤气量突然为零， 引起炉顶压力瞬间
［参 考 资 料］ ［１］西门子自动化驱动集团编．深入浅出西门子 ＷｉｎＣＣ Ｖ６（ 第 ２ 版）
［Ｍ］． 北京：航空航天大学出版社 ２００４．５． ［２］Ｗｉｎｄｏｗｓ ＡＰＩ 函数参考手册编写组．Ｗｉｎｄｏｗｓ ＡＰＩ 函数参考手册
［Ｍ］．北京：人民邮电出版社 ２００２．１０． ［３］Ｄａｔａ Ａｃｃｅｓｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ ２．０ ＯＰＣ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
如 图 １ 所 示 ， 高 炉 炉 顶 ＤＣＳ 的 是 由 西 门 子 ＡＳ４１７Ｈ 组 成 的 双 冗 余 ＣＰＵ 结 构 ， 向 下 是 通 过 双 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 总 线 与 远 程 Ｉ／Ｏ 的 接 口 模 块 ＩＭ１５３ 相连； 向上通过交换机组成环形的工业以太网， 两台 操作服务器和一台存储服务器以及两台工程师站都 挂在这个环网上， 所有客户机的数据都从这两台操 作服务器上读取， 两台操作服务器互为冗余。
２ 自动化控制系统的硬件设计
２．１ 现场自动化仪表的设计 为了能直接的测得炉顶压力， 韶钢 ７＃ 高炉在炉
顶每个煤气上升管上设有一台 ＥＪＡ 压力变送器（ 共 四点） ， 四台压力变送器的信号经计算机处理后送给 ＰＩＤ 控制器， 作为 ＰＩＤ 的 ＰＶ 值。ＰＩＤ 控制器的输出 值通过逻辑顺控系统控制减压阀组， 调节流经减压 阀组的煤气量， 以达到稳定炉顶压力的目的。７＃ 高 炉的减压阀组共设置了四台阀门， 其中两台电动阀 门 （ 一 台 ＤＮ６００、 一 台 ＤＮ９００） ； 两 台 液 动 阀 门 （ ＤＮ９００） 。两台电动阀门配备进口的电动执行机构，
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!!!!!!" 自动化
２５００ ｍ３ 高炉炉顶压力控制实例
毕 勇 １，张先保 ２，吴忠业 ２
（１ 韶钢松山股份有限公司， 广东韶关 ５１２１２３； ２ 中冶华天工程技术有限公司， 安徽马鞍山 ２４３０００）
分煤气仍通过减压阀组， 此时由减压阀组肩负起炉
顶压力调节的重任。为了避免 ＴＲＴ 和减压阀组在切
换过程中引起对炉顶压力大的波动， 在 ＴＲＴ 和高炉
中控室之间采用硬接线方式进行以下信号联系。
ＴＲＴ 控制室送高炉主控室联系信号：
可调静叶开度
４—２０ｍＡ
快开阀 １ 开度
４—２０ｍＡ
快开阀 ２ 开度
４—２０ｍＡ