馮家全，彭李偉

（紅河鋼鐵有限公司，云南 蒙自661100）

1　前　言

高爐熱負(fù)荷在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、數(shù)字化溫度、流量傳感器技術(shù)，在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高爐冷卻壁進(jìn)出水溫度及相關(guān)部位的水流量，并在值班室監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)顯示畫(huà)面上顯示測(cè)量結(jié)果，同時(shí)記錄溫度、溫差、流量差和熱流的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以便查詢(xún)相應(yīng)的歷史曲線(xiàn)和分析熱流分布及變化趨勢(shì)。本系統(tǒng)的計(jì)算及分析結(jié)果對(duì)于高爐冷卻壁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、風(fēng)口小套監(jiān)測(cè)和分析高爐冶煉過(guò)程中的爐況，具有重要作用。通過(guò)熱負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映冷卻壁溫度、溫差和熱流的變化情況；摒棄傳統(tǒng)的手工測(cè)量，減少人員工作量和手工測(cè)量帶來(lái)的誤差和不準(zhǔn)確性；工長(zhǎng)還能通過(guò)流量、流量差的測(cè)量結(jié)果，根據(jù)高爐狀況實(shí)時(shí)調(diào)整冷卻水量，從而做到監(jiān)測(cè)和預(yù)警風(fēng)口小套損壞的指導(dǎo)效果，降低了生產(chǎn)成本。更重要的是通過(guò)高爐冷卻壁的水溫監(jiān)測(cè)及熱流量計(jì)算，對(duì)高爐生產(chǎn)操作起指導(dǎo)作用。

系統(tǒng)采用LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。該技術(shù)采用了總線(xiàn)式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的測(cè)溫傳感器為進(jìn)口，精度高并且系統(tǒng)布線(xiàn)簡(jiǎn)單方便，抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)性強(qiáng)。上位機(jī)采用工控組態(tài)軟件，系統(tǒng)畫(huà)面美觀實(shí)用，人機(jī)界面友好，測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)可以生成各種數(shù)據(jù)報(bào)表、變化曲線(xiàn)，并可實(shí)現(xiàn)打印輸出，也可以對(duì)各種歷史數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)進(jìn)行查詢(xún)。系統(tǒng)具有強(qiáng)大的通訊功能，可以將高爐控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件數(shù)據(jù)傳入本系統(tǒng)軟件，同時(shí)也可以將本系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口（OPC）發(fā)布，供其他系統(tǒng)共享，為高爐專(zhuān)家系統(tǒng)或MES、ERP提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2　高爐冷卻水熱負(fù)荷在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1　系統(tǒng)整體性能

系統(tǒng)溫度測(cè)量精度為±0.05℃，流量測(cè)量精度為±0.2%，溫度測(cè)量范圍為-55～+130℃，流量測(cè)量范圍10～40 m3/h，通訊總線(xiàn)為L(zhǎng)onWorks現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，通訊距離為1 800 m，數(shù)據(jù)開(kāi)放支持標(biāo)準(zhǔn)OPC數(shù)據(jù)交換技術(shù)。高爐冷卻水溫度數(shù)字化智能系統(tǒng)見(jiàn)圖1。流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。

圖1　高爐冷卻水溫度數(shù)字化智能系統(tǒng)(TDCS)

圖2　流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.2　系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)

本著對(duì)紅河鋼鐵有限公司1 350 m3高爐重點(diǎn)部位重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的原則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分考慮監(jiān)測(cè)需求，用較低的系統(tǒng)成本完成對(duì)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)各點(diǎn)溫度進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，并為建立冷卻壁熱流模型奠定基礎(chǔ)。具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置如下。

溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)270個(gè)：爐缸H1段入水支管設(shè)36個(gè)；爐缸H3段出水支管設(shè)36個(gè)；爐腹B2段入水支管設(shè)36個(gè)；爐腰B3段出水支管設(shè)36個(gè)；爐身S1段出水支管設(shè)36個(gè)；風(fēng)口小套入水管設(shè)22個(gè)；風(fēng)口小套回水管設(shè)22個(gè)；渣口小套入水管設(shè)1個(gè)；渣口小套出水管設(shè)1個(gè)；風(fēng)口中套入水管設(shè)22個(gè)；風(fēng)口中套出水管設(shè)22個(gè)。

流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)92個(gè)：風(fēng)口中、小套渣口入、出水設(shè)流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)92個(gè)。

所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳感器安裝在冷卻壁出入水連管上。在連管上焊接特制溫度傳感器安裝座，將傳感器安裝在傳感器座上并加橡膠密封圈旋緊。

2.3　系統(tǒng)功能

對(duì)高爐冷卻水進(jìn)行溫度和流量檢測(cè)，同時(shí)進(jìn)行溫差、風(fēng)口小套流量差計(jì)算和爐體的熱負(fù)荷計(jì)算及分析，在有可靠冷卻面積數(shù)據(jù)的情況下可進(jìn)行熱流強(qiáng)度計(jì)算及分析，達(dá)到檢漏維護(hù)和指導(dǎo)高爐生產(chǎn)操作的目的。

系統(tǒng)除自身完善的功能外，還提供數(shù)據(jù)輸出接口，可以將溫度、溫差、流量和熱負(fù)荷（或熱流強(qiáng)度）等數(shù)據(jù)以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口輸出，提供給MES、ERP或高爐專(zhuān)家系統(tǒng)作為基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。溫度、溫差、流量和熱流強(qiáng)度的實(shí)時(shí)顯示；水溫差報(bào)警，流量差報(bào)警，溫度超高報(bào)警；水溫差，流量差實(shí)時(shí)及歷史變化曲線(xiàn)，歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)；顯示查詢(xún)與報(bào)警；熱流強(qiáng)度值作為橫斷面圓形曲線(xiàn)顯示；界面設(shè)計(jì)水溫差按爐形橫斷面設(shè)計(jì)；溫度和溫差直觀顯示；系統(tǒng)硬件設(shè)備的自檢。

建立數(shù)據(jù)庫(kù)，溫度數(shù)據(jù)庫(kù)按30 min錄入1次，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)量維持1月以上（錄入時(shí)間可由客戶(hù)自由設(shè)定）；可任意選擇1～16冷卻壁及流量數(shù)據(jù)顯示對(duì)應(yīng)的時(shí)/日平均歷史趨勢(shì)圖，可打印日月報(bào)表。歸檔數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)自動(dòng)/手動(dòng)導(dǎo)出（excel表格），按（網(wǎng)絡(luò)）指定路徑自動(dòng)定時(shí)存盤(pán)，定時(shí)自動(dòng)整理數(shù)據(jù)庫(kù)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。指定測(cè)量點(diǎn)的儀表在線(xiàn)參數(shù)設(shè)定（含權(quán)限），系統(tǒng)通訊診斷圖，可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際使用要求，對(duì)相關(guān)畫(huà)面進(jìn)行增加或修改（超出軟件設(shè)計(jì)框架的除外）。

2.4　相關(guān)設(shè)備安裝

冷卻壁某部位示意圖及傳感器布點(diǎn)見(jiàn)圖1。

圖1　冷卻壁爐腹部位示意圖及傳感器布點(diǎn)

硬件部分的安裝首先要確認(rèn)溫度傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安裝位置，安裝傳感器固定導(dǎo)管，然后安裝溫度傳感器（或與傳感器固定導(dǎo)管安裝同步進(jìn)行），將傳感器電纜穿管、固定，接著可安裝總線(xiàn)連接器及其保護(hù)箱和采集器，最后進(jìn)行布管、穿線(xiàn)和接線(xiàn)等工作。

1）傳感器固定導(dǎo)管安裝。確認(rèn)溫度傳感器安裝位置后，根據(jù)高爐冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，選擇管內(nèi)無(wú)水的情況下安裝。首先要在要安裝傳感器固定導(dǎo)管的地方對(duì)水管進(jìn)行處理，包括去處表面油漆和銹質(zhì)等；用電鉆在管上開(kāi)孔（直徑7～9 mm）；用1個(gè)廢傳感器擰上傳感器固定導(dǎo)管后插入到所開(kāi)的孔中，使傳感器固定導(dǎo)管頂在管壁上用電焊進(jìn)行無(wú)縫隙焊接，擰下廢傳感器，用適量的水進(jìn)行冷卻，將水管壁溫度冷卻到100℃以下。

2）溫度傳感器安裝。檢查溫度傳感器表面，確認(rèn)沒(méi)有物理?yè)p壞；記錄溫度傳感器鋼印號(hào)；在溫度傳感器套好O型圈，擰在固定導(dǎo)管內(nèi)，確認(rèn)無(wú)泄漏后方可；記錄對(duì)應(yīng)的安裝位置（如爐腹1層2號(hào)冷卻壁），與鋼印號(hào)對(duì)應(yīng)；整理溫度傳感器連線(xiàn)（穿線(xiàn)），使線(xiàn)路盡可能避開(kāi)高溫及電磁場(chǎng)干擾較強(qiáng)的區(qū)域。

3）溫度傳感器電纜布線(xiàn)。安裝好的溫度傳感器用金屬軟管從傳感器的尾部開(kāi)始做一段距離的保護(hù)，將傳感器的電纜敷入電纜橋架至總線(xiàn)連接器，并在現(xiàn)場(chǎng)固定。

3　系統(tǒng)軟件

高爐冷卻水熱負(fù)荷在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件（版本V3.4）與溫度、流量采集系統(tǒng)相配套。通過(guò)工控計(jì)算機(jī)的串行接口（RS232），按照安全可靠的傳輸協(xié)議，與現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊，獲得數(shù)據(jù)或發(fā)送控制命令，數(shù)據(jù)傳輸快捷、可靠，錯(cuò)誤率低。軟件采用先進(jìn)的ADO和ODBC數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)，可方便的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全，查詢(xún)快捷，界面直觀，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)的處理與分析都是在后臺(tái)運(yùn)行。軟件具備如下功能：入水溫度、出水溫度的實(shí)時(shí)采集、顯示、存儲(chǔ)；流量自（手）動(dòng)錄入，溫差、流量差、熱流計(jì)算；各種報(bào)警值人工設(shè)定；溫度高、低實(shí)時(shí)報(bào)警，溫差高實(shí)時(shí)報(bào)警，流量差異常報(bào)警，熱流高實(shí)時(shí)報(bào)警；歷史報(bào)警查詢(xún)；流量差實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、溫差實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，流量差、溫差、熱流歷史曲線(xiàn)；熱流切面分析；歷史曲線(xiàn)、熱流分析結(jié)果打??；系統(tǒng)參數(shù)導(dǎo)入和導(dǎo)出；硬件狀態(tài)監(jiān)測(cè)；開(kāi)放型數(shù)據(jù)庫(kù)，可以為其他系統(tǒng)（如高爐專(zhuān)家系統(tǒng)、MES、ERP等）提供相應(yīng)數(shù)據(jù)。

高爐監(jiān)測(cè)軟件V3.4與溫度及流量采集系統(tǒng)配套，通過(guò)計(jì)算機(jī)串行接口，與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊，獲得數(shù)據(jù)或發(fā)送控制命令。本軟件采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)，對(duì)本地的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。界面直觀，操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)的處理都在后臺(tái)運(yùn)行。

4　結(jié)　語(yǔ)

高爐冷卻水熱負(fù)荷在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入使用后，高爐操作人員在中控室里可以清楚地監(jiān)控到每個(gè)中小套、冷卻壁冷卻水的流量情況，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出流量差，設(shè)置流量差超過(guò)0.3 m3/h便報(bào)警，結(jié)合溫度變化曲線(xiàn)，判斷出是否存在設(shè)備損壞漏水情況，判斷后到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步檢查，然后有計(jì)劃的進(jìn)行處理。該系統(tǒng)投入使用后，避免了因小套漏水給高爐生產(chǎn)造成非計(jì)劃休風(fēng)的情況出現(xiàn)，并給操作人員調(diào)整爐況起到很好的指導(dǎo)作用。