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高爐冶煉生產自動化控制

高爐冶煉是將鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程,是鋼鐵工業最主要的生產環節。生產時,從爐頂不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑,從高爐下部的風口吹進熱風,噴入油、煤或天然氣等燃料。在高溫下,焦炭和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來,鐵礦石通過這種還原反應煉出生鐵,鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣,從出渣口排出。產生的煤氣從爐頂排出,經除塵后,作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。現代化高爐還可以利用爐頂的高壓,用導出的部分煤氣發電,也就是通常所說的TRT

高爐的生產過程是連續的,一代高爐(從開爐到大修停爐)能連續生產幾年到十幾年,生產過程中哪怕短時間的中斷都會給整個生產流程帶來不可估量的損失,這就對控制系統的可靠性提出了比較高的要求。和利時公司的HOLLiAS MACS系統以安全系統為設計理念,從硬件和軟件各方面來保證產品的可靠性:

l  采用確定性實時的工業以太網協議,無論通訊負荷如何變化,無任何數據碰撞,確保系統網絡的可靠性。

l  采用冗余技術,系統網絡、主控單元、I/O模塊、系統電源、人機接口均采用冗余設計,從系統結構上確保產品的可靠性。

l  采用隔離技術,系統總線和模塊間采用光電隔離,系統電源和模塊電源之間采用DC/DC隔離,模塊通道之間完全電氣隔離。

l  完全無擾的下裝技術。無論是修改方案、增刪測點還是增刪硬件,和利時的DCS系統都可以在現場正常生產的過程中進行下裝操作,對生產不會產生任何擾動。

l  分權限、分工段的操作以及對輸入數據的合理性、合法性檢查,最大限度地減少人為錯誤,確保系統的操作安全。

l  系統豐富的自診斷功能。系統提供從系統級、模塊級到通道級的診斷功能,網絡、主控、電源、模塊的工作狀態以及通道的短路、斷路、超差狀態等均能自動監測。

高爐自動化控制主要包括上料系統控制、高爐本體控制、熱風爐控制以及除塵系統控制。高爐系統組成設備多,位置分散,有可能使用到多個廠家的自動化產品,和利時HOLLiAS MACS系統在第三方設備接入方面提供了很多標準的接口(OPCODBC等),支持PROFIBUS/HART/MODBUS等國際上常用現場總線,在控制層采用PROFIBUS-DP總線,可以直接連接其他廠商的PLC,比如西門子、ABB等。基于和利時HOLLiAS MACS 系統的高爐自動化控制系統,結合高爐煉鐵系統的特點以及用戶的不同需求,可以有針對性地給出個性化的解決方案。

高爐自動控制系統由中央控制室和4個控制子站組成,各個控制子站根據需求可以配置12臺操作員站用于相應工段的監控操作,中央控制室和控制子站之間通過光纖組成100Mbps冗余環網,光纖環網保證了任何一段光纖中斷都不影響整個系統通訊。

系統網絡結構如下圖所示

 

    上料操作站用于對槽下上料及爐頂上料的監控;高爐本體操作站用于監視爐內反應以及穩定高爐操作;熱風爐操作站用于熱風爐狀態的監測以及熱風爐換爐操作;除塵操作站用于除塵器和除塵風機的監控。在中央控制室配置1臺工程師站和2臺工長操作站。工程師站用來完成高爐控制系統數據庫、聯鎖邏輯、人機交互界面等的組態與調試,以及用來完成對整個上位機的權限管理;工長操作站用于對整個生產流程的監控以及上料料單的設定等。

高爐系統主要包括上料控制系統、高爐本體控制系統、熱風爐控制系統以及除塵控制系統這4個部分,其中每一個子組均可以單獨拿出來自成一套系統。高爐裝置中除了這4部分外,粉煤噴吹、高爐鼓風機、高爐煤氣余熱余壓回收利用等均可以自成系統,和利時公司的控制系統在這些裝置上也均有成熟的應用,可以滿足用戶的不同需求。

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