王福新 （天津市大象信息系統(tǒng)有限公司，天津 300384)

西門(mén)子PLC在熱風(fēng)爐系統(tǒng)中的應(yīng)用

王福新 （天津市大象信息系統(tǒng)有限公司，天津 300384)

根據(jù)某鋼廠熱風(fēng)爐系統(tǒng)的基本工藝要求，采用西門(mén)子400系列PLC實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)爐系統(tǒng)的自動(dòng)控制，同時(shí)為過(guò)程自動(dòng)化級(jí)（L2)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為全公司的ERP系統(tǒng)服務(wù)。經(jīng)過(guò)半年的生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，達(dá)到了原設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，驗(yàn)證了應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然方向。

熱風(fēng)爐 燜爐 送風(fēng) 燃燒 自動(dòng)化 控制

1 引言

1 350 m3高爐是某鋼鐵公司200萬(wàn)t特殊鋼產(chǎn)能配套的重點(diǎn)工程，煉鐵工藝各主要工序包括熱風(fēng)爐系統(tǒng)均采用西門(mén)子PLC進(jìn)行控制。全系統(tǒng)采用UPS供電，除了基礎(chǔ)自動(dòng)化（L1)級(jí)，還設(shè)有過(guò)程自動(dòng)化（L2)級(jí)，并與公司ERP相接，具備遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。另外高爐中控室設(shè)有10塊60 in（2行×5列)DLP大屏幕組，既能監(jiān)控各工序的HMI畫(huà)面，又能替代傳統(tǒng)的工業(yè)電視功能。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)充分考慮到煉鐵各工序重要性、安全性和操作地點(diǎn)設(shè)置等多因素。核心工序的自動(dòng)化系統(tǒng)采用具有環(huán)網(wǎng)功能的交換機(jī)，構(gòu)成光纖以太環(huán)網(wǎng)。其它輔助系統(tǒng)做為分支“掛接”在該環(huán)網(wǎng)上。

2 工藝概述

該鋼廠煉鐵系統(tǒng)共設(shè)3座旋切頂燃式熱風(fēng)爐，燃燒方式是中冶京誠(chéng)公司的國(guó)家級(jí)專利。采用節(jié)能的助燃空氣及煤氣雙預(yù)熱技術(shù)，以盡量節(jié)約能源、提高熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度。燒爐采用低熱值高爐煤氣（該鋼廠沒(méi)有焦化工序，因此無(wú)焦?fàn)t煤氣)，工作制采用“單爐送風(fēng)，兩燒一送”。當(dāng)一座熱風(fēng)爐出現(xiàn)故障等情況時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)“單燒單送”。

3 系統(tǒng)配置

3.1 熱風(fēng)爐自動(dòng)化系統(tǒng)組成

熱風(fēng)爐自動(dòng)化系統(tǒng)由1套PLC、2臺(tái)互為備用的HMI操作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。PLC采用西門(mén)子400 H系列的冗余雙CPU作為主站，I/O分站采用西門(mén)子300系列模塊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，各個(gè)站之間通過(guò)PROFIBUS總線連接，操作站選用研華工控機(jī)，監(jiān)控軟件采用WINCC，用以實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)備控制及狀態(tài)監(jiān)視。熱風(fēng)爐的自動(dòng)化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

3.2 西門(mén)子主要硬件

400系列電源：2塊;

400

以太網(wǎng)CP模板：2塊;

300系列電源：7塊;

IM153模塊：14塊;

DI模塊：22塊;

DO模塊：11塊;

AI模塊：16塊;

AO模塊：3塊。

圖1 熱風(fēng)爐系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

4 控制方式及主要控制功能

為方便生產(chǎn)操作、最大程度地滿足工藝人員要求，該控制系統(tǒng)共設(shè)5種操作方式：全自動(dòng)、單爐自動(dòng)、聯(lián)鎖手動(dòng)、解鎖手動(dòng)、機(jī)旁手動(dòng)。

熱風(fēng)爐控制主要包括：燃燒轉(zhuǎn)燜爐、燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)、送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒（中間經(jīng)過(guò)燜爐狀態(tài))3種轉(zhuǎn)換過(guò)程控制，以及雙預(yù)熱系統(tǒng)控制、高壓助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制、送風(fēng)溫度控制、助燃空氣與高爐煤氣流量控制、休風(fēng)控制、液壓站控制系統(tǒng)、潤(rùn)滑站控制等。

該自動(dòng)化系統(tǒng)除了能完成正常的設(shè)備及流程監(jiān)視、控制外，還提供了大量的設(shè)備事故報(bào)警及生產(chǎn)狀態(tài)異常報(bào)警，可打印各種生產(chǎn)報(bào)表、故障報(bào)警等。

4.1 控制過(guò)程

4.1.1 燃燒轉(zhuǎn)燜爐

單爐處于燃燒狀態(tài)，顯示“燃燒”信號(hào);然后由操作人員發(fā)出“燃燒轉(zhuǎn)燜爐”指令，閥門(mén)按程序依次動(dòng)作：關(guān)閉煤氣調(diào)節(jié)閥、煤氣切斷閥、助燃空氣調(diào)節(jié)閥、助燃空氣切斷閥、煤氣燃燒閥;打開(kāi)煤氣放散閥、氮?dú)獯祾唛y;關(guān)閉煙道閥。此時(shí)單爐處于燜爐狀態(tài)，完成燃燒轉(zhuǎn)燜爐。

4.1.2 燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)

單爐爐處于燜爐狀態(tài)，顯示“燜爐”信號(hào)。由操作人員發(fā)出“燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)”指令，閥門(mén)按程序依次動(dòng)作：打開(kāi)充壓閥,開(kāi)到中間限位延時(shí)設(shè)定時(shí)間后，再全開(kāi)充壓閥;打開(kāi)冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥;關(guān)閉充壓閥。此時(shí)單爐處于送風(fēng)狀態(tài)，完成燜爐轉(zhuǎn)送風(fēng)。

4.1.3 燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)

單爐處于燃燒狀態(tài)，顯示燃燒信號(hào)。由操作人員發(fā)出“燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)”指令，閥門(mén)按程序依次動(dòng)作：關(guān)閉煤氣調(diào)節(jié)閥、煤氣切斷閥、助燃空氣調(diào)節(jié)閥、助燃空氣切斷閥、煤氣燃燒閥;打開(kāi)煤氣放散閥、氮?dú)獯祾唛y;關(guān)閉煙道閥;打開(kāi)充壓閥,開(kāi)到中間限位延時(shí)設(shè)定時(shí)間后，再全開(kāi)充壓閥;打開(kāi)冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥;關(guān)閉充壓閥。此時(shí)單爐處于送風(fēng)狀態(tài)，完成燃燒轉(zhuǎn)送風(fēng)。

4.1.4 送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒

單爐處于送風(fēng)狀態(tài)，顯示“送風(fēng)”信號(hào)。由操作人員發(fā)出“送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒”指令，閥門(mén)按程序依次動(dòng)作：關(guān)閉冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥;此時(shí)熱風(fēng)爐處于燜爐狀態(tài)，顯示“燜爐”信號(hào)，打開(kāi)廢氣閥;當(dāng)煙道閥前后壓差小于設(shè)定值時(shí)，打開(kāi)煙道閥;關(guān)閉廢氣閥、氮?dú)獯祾唛y;打開(kāi)煤氣燃燒閥;關(guān)閉煤氣放散閥;打開(kāi)助燃空氣切斷閥、煤氣切斷閥、煤氣調(diào)節(jié)閥和助燃空氣調(diào)節(jié)閥。此時(shí)單爐處于燃燒狀態(tài)，完成送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒。

4.2 熱風(fēng)爐休風(fēng)操作

當(dāng)熱風(fēng)爐系統(tǒng)收到休風(fēng)指令后，熱風(fēng)爐才能執(zhí)行休風(fēng)操作。休風(fēng)操作順序（只能手動(dòng))：關(guān)閉混風(fēng)調(diào)節(jié)閥/混風(fēng)切斷閥、冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥;打開(kāi)廢氣閥、倒流休風(fēng)閥。此時(shí)熱風(fēng)爐處于燜爐狀態(tài)，倒流休風(fēng)結(jié)束。操作人員解除“倒流休風(fēng)”信號(hào)，熱風(fēng)爐恢復(fù)正常狀態(tài)：關(guān)閉倒流休風(fēng)閥、廢氣閥;打開(kāi)熱風(fēng)閥、冷風(fēng)閥、混風(fēng)切斷閥、混風(fēng)調(diào)節(jié)閥。

4.3 液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)

熱風(fēng)爐的液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)的主要設(shè)備包括2臺(tái)主油泵電動(dòng)機(jī)、1臺(tái)循環(huán)油泵電動(dòng)機(jī);液位控制器、數(shù)字溫控板、過(guò)濾器壓差開(kāi)關(guān)、電加熱器等各1個(gè);2個(gè)電磁溢流閥等。

熱風(fēng)爐液壓潤(rùn)滑站的2臺(tái)主油泵可以在本地和遠(yuǎn)程啟動(dòng)停止，2臺(tái)主油泵互為備用，當(dāng)系統(tǒng)工作壓力達(dá)到最低，且油位、油溫都滿足要求時(shí)，打開(kāi)對(duì)應(yīng)的溢流閥，同時(shí)起動(dòng)主油泵電動(dòng)機(jī)，延時(shí)3 s，關(guān)閉溢流閥。

如果主油泵啟動(dòng)5 s后系統(tǒng)壓力仍低于設(shè)定值，停止2臺(tái)主油泵，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)工作壓力達(dá)到最高工作壓力時(shí)，延時(shí)3 s，打開(kāi)工作主油泵對(duì)應(yīng)的溢流閥,主油泵卸荷，直到工作壓力低于設(shè)定的最高壓力。電加熱器可以依油溫低報(bào)警自動(dòng)啟動(dòng)加熱，達(dá)到工作溫度自動(dòng)停止加熱。

4.4 雙預(yù)熱系統(tǒng)

為節(jié)能和提高送風(fēng)溫度，采用了煙氣余熱回收裝置，對(duì)助燃空氣和高爐煤氣分別進(jìn)行預(yù)熱?？諝鈸Q熱器與煤氣換熱器前后有電動(dòng)閥門(mén)，可以本地或遠(yuǎn)程操作，2臺(tái)換熱器側(cè)并聯(lián)旁路切斷閥，如果氣體溫度高于設(shè)定溫度，則自動(dòng)打開(kāi)旁路切斷閥。

4.5 助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用2臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)，其中1臺(tái)為備用，可以本地或遠(yuǎn)程啟動(dòng)停止。另外，機(jī)旁操作箱通過(guò)PLC系統(tǒng)控制。在助燃風(fēng)機(jī)送風(fēng)狀態(tài)下，保持風(fēng)機(jī)出口切斷閥全開(kāi)，使用風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)閥控制風(fēng)機(jī)出口壓力。

4.6 送風(fēng)溫度控制

在單爐處于送風(fēng)狀態(tài)下，保持冷風(fēng)閥全開(kāi)狀態(tài)，使用混風(fēng)調(diào)節(jié)閥控制風(fēng)溫。操作人員可以比較熱風(fēng)目標(biāo)溫度和熱風(fēng)主管溫度，手動(dòng)調(diào)節(jié)混風(fēng)閥的開(kāi)度，即調(diào)節(jié)滲入的冷風(fēng)量，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)溫控制由工長(zhǎng)控制。

4.7 報(bào)警

煤氣壓力降到規(guī)定值，正在燃燒的熱風(fēng)爐由燃燒轉(zhuǎn)為燜爐。

助燃風(fēng)機(jī)突然停止或助燃空氣壓力降到規(guī)定值，或助燃空氣切斷閥突然關(guān)閉，正在燃燒的熱風(fēng)爐的燃燒閥和煤氣切斷閥自動(dòng)關(guān)閉，前兩種情況亦要求同時(shí)關(guān)閉助燃空氣切斷閥。

所有熱風(fēng)爐的熱風(fēng)閥和混風(fēng)切斷閥未全部關(guān)閉以前不允許打開(kāi)倒流休風(fēng)閥，倒流休風(fēng)閥未全關(guān)前不允許打開(kāi)混風(fēng)切斷閥和熱風(fēng)閥。

當(dāng)熱風(fēng)爐拱頂溫度到一定數(shù)值時(shí)報(bào)警，提示停止燒爐。

5 結(jié)束語(yǔ)

該1 350 m3高爐自動(dòng)化系統(tǒng)裝備先進(jìn)、選型檔次高、各種功能豐富、整體設(shè)計(jì)合理，代表著當(dāng)今高爐煉鐵自動(dòng)化的先進(jìn)水平。熱風(fēng)爐作為煉鐵的一道工序，其自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)過(guò)半年的運(yùn)行，從未出現(xiàn)過(guò)通訊故障、控制功能不穩(wěn)定等問(wèn)題，完全達(dá)到了原設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和工藝要求，且操作非常方便，受到用戶的好評(píng)，為高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠的保證。

[1]馬竹梧.煉鐵生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[2]劉玠.冶金過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[3]周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

Application of Siemens PLC in Hot Air Stove System

Wang Fuxin

According to the basic process requirement of hot air stove system at a steel company,Siemens 400 series PLC was adopted to realize the automatic control of stove system and at the same time served ERP system for the entire company by providing timely and accurate data for process automation(L2).Half year's production practice proved that all original design requirement had been met and the adoption of automation technology is the inevitable direction for the development of modern industry production.

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（收稿 2011－06－16 責(zé)編 崔建華)

王福新，金屬塑性加工專業(yè)畢業(yè)，碩士研究生，主要從事冶金自動(dòng)控制的實(shí)用開(kāi)發(fā)工作，現(xiàn)任天津市大象信息系統(tǒng)有限公司副總經(jīng)理。