西门子PLC在热风炉系统中的应用

王福新 （天津市大象信息系统有限公司，天津 300384)

西门子PLC在热风炉系统中的应用

王福新 （天津市大象信息系统有限公司，天津 300384)

根据某钢厂热风炉系统的基本工艺要求，采用西门子400系列PLC实现了热风炉系统的自动控制，同时为过程自动化级（L2)提供及时、准确的数据，为全公司的ERP系统服务。经过半年的生产实践检验，达到了原设计的各项要求，验证了应用自动化技术是现代工业生产发展的必然方向。

热风炉 焖炉 送风 燃烧 自动化 控制

1 引言

1 350 m3高炉是某钢铁公司200万t特殊钢产能配套的重点工程，炼铁工艺各主要工序包括热风炉系统均采用西门子PLC进行控制。全系统采用UPS供电，除了基础自动化（L1)级，还设有过程自动化（L2)级，并与公司ERP相接，具备远程监视功能。另外高炉中控室设有10块60 in（2行×5列)DLP大屏幕组，既能监控各工序的HMI画面，又能替代传统的工业电视功能。

网络设计充分考虑到炼铁各工序重要性、安全性和操作地点设置等多因素。核心工序的自动化系统采用具有环网功能的交换机，构成光纤以太环网。其它辅助系统做为分支“挂接”在该环网上。

2 工艺概述

该钢厂炼铁系统共设3座旋切顶燃式热风炉，燃烧方式是中冶京诚公司的国家级专利。采用节能的助燃空气及煤气双预热技术，以尽量节约能源、提高热风炉送风温度。烧炉采用低热值高炉煤气（该钢厂没有焦化工序，因此无焦炉煤气)，工作制采用“单炉送风，两烧一送”。当一座热风炉出现故障等情况时，也可实现“单烧单送”。

3 系统配置

3.1 热风炉自动化系统组成

热风炉自动化系统由1套PLC、2台互为备用的HMI操作站及网络设备组成。PLC采用西门子400 H系列的冗余双CPU作为主站，I/O分站采用西门子300系列模块，对现场数据进行采集，各个站之间通过PROFIBUS总线连接，操作站选用研华工控机，监控软件采用WINCC，用以实现热风炉系统设备控制及状态监视。热风炉的自动化系统硬件结构见图1。

3.2 西门子主要硬件

400系列电源：2块;

400

以太网CP模板：2块;

300系列电源：7块;

IM153模块：14块;

DI模块：22块;

DO模块：11块;

AI模块：16块;

AO模块：3块。

图1 热风炉系统硬件结构

4 控制方式及主要控制功能

为方便生产操作、最大程度地满足工艺人员要求，该控制系统共设5种操作方式：全自动、单炉自动、联锁手动、解锁手动、机旁手动。

热风炉控制主要包括：燃烧转焖炉、焖炉转送风、送风转燃烧（中间经过焖炉状态)3种转换过程控制，以及双预热系统控制、高压助燃风机系统控制、送风温度控制、助燃空气与高炉煤气流量控制、休风控制、液压站控制系统、润滑站控制等。

该自动化系统除了能完成正常的设备及流程监视、控制外，还提供了大量的设备事故报警及生产状态异常报警，可打印各种生产报表、故障报警等。

4.1 控制过程

4.1.1 燃烧转焖炉

单炉处于燃烧状态，显示“燃烧”信号;然后由操作人员发出“燃烧转焖炉”指令，阀门按程序依次动作：关闭煤气调节阀、煤气切断阀、助燃空气调节阀、助燃空气切断阀、煤气燃烧阀;打开煤气放散阀、氮气吹扫阀;关闭烟道阀。此时单炉处于焖炉状态，完成燃烧转焖炉。

4.1.2 焖炉转送风

单炉炉处于焖炉状态，显示“焖炉”信号。由操作人员发出“焖炉转送风”指令，阀门按程序依次动作：打开充压阀,开到中间限位延时设定时间后，再全开充压阀;打开冷风阀、热风阀;关闭充压阀。此时单炉处于送风状态，完成焖炉转送风。

4.1.3 燃烧转送风

单炉处于燃烧状态，显示燃烧信号。由操作人员发出“燃烧转送风”指令，阀门按程序依次动作：关闭煤气调节阀、煤气切断阀、助燃空气调节阀、助燃空气切断阀、煤气燃烧阀;打开煤气放散阀、氮气吹扫阀;关闭烟道阀;打开充压阀,开到中间限位延时设定时间后，再全开充压阀;打开冷风阀、热风阀;关闭充压阀。此时单炉处于送风状态，完成燃烧转送风。

4.1.4 送风转燃烧

单炉处于送风状态，显示“送风”信号。由操作人员发出“送风转燃烧”指令，阀门按程序依次动作：关闭冷风阀、热风阀;此时热风炉处于焖炉状态，显示“焖炉”信号，打开废气阀;当烟道阀前后压差小于设定值时，打开烟道阀;关闭废气阀、氮气吹扫阀;打开煤气燃烧阀;关闭煤气放散阀;打开助燃空气切断阀、煤气切断阀、煤气调节阀和助燃空气调节阀。此时单炉处于燃烧状态，完成送风转燃烧。

4.2 热风炉休风操作

当热风炉系统收到休风指令后，热风炉才能执行休风操作。休风操作顺序（只能手动)：关闭混风调节阀/混风切断阀、冷风阀、热风阀;打开废气阀、倒流休风阀。此时热风炉处于焖炉状态，倒流休风结束。操作人员解除“倒流休风”信号，热风炉恢复正常状态：关闭倒流休风阀、废气阀;打开热风阀、冷风阀、混风切断阀、混风调节阀。

4.3 液压润滑系统

热风炉的液压润滑系统的主要设备包括2台主油泵电动机、1台循环油泵电动机;液位控制器、数字温控板、过滤器压差开关、电加热器等各1个;2个电磁溢流阀等。

热风炉液压润滑站的2台主油泵可以在本地和远程启动停止，2台主油泵互为备用，当系统工作压力达到最低，且油位、油温都满足要求时，打开对应的溢流阀，同时起动主油泵电动机，延时3 s，关闭溢流阀。

如果主油泵启动5 s后系统压力仍低于设定值，停止2台主油泵，并发出报警信号。当系统工作压力达到最高工作压力时，延时3 s，打开工作主油泵对应的溢流阀,主油泵卸荷，直到工作压力低于设定的最高压力。电加热器可以依油温低报警自动启动加热，达到工作温度自动停止加热。

4.4 双预热系统

为节能和提高送风温度，采用了烟气余热回收装置，对助燃空气和高炉煤气分别进行预热。空气换热器与煤气换热器前后有电动阀门，可以本地或远程操作，2台换热器侧并联旁路切断阀，如果气体温度高于设定温度，则自动打开旁路切断阀。

4.5 助燃风机系统

助燃风机系统采用2台高压风机，其中1台为备用，可以本地或远程启动停止。另外，机旁操作箱通过PLC系统控制。在助燃风机送风状态下，保持风机出口切断阀全开，使用风机风门调节阀控制风机出口压力。

4.6 送风温度控制

在单炉处于送风状态下，保持冷风阀全开状态，使用混风调节阀控制风温。操作人员可以比较热风目标温度和热风主管温度，手动调节混风阀的开度，即调节渗入的冷风量，以实现风温控制由工长控制。

4.7 报警

煤气压力降到规定值，正在燃烧的热风炉由燃烧转为焖炉。

助燃风机突然停止或助燃空气压力降到规定值，或助燃空气切断阀突然关闭，正在燃烧的热风炉的燃烧阀和煤气切断阀自动关闭，前两种情况亦要求同时关闭助燃空气切断阀。

所有热风炉的热风阀和混风切断阀未全部关闭以前不允许打开倒流休风阀，倒流休风阀未全关前不允许打开混风切断阀和热风阀。

当热风炉拱顶温度到一定数值时报警，提示停止烧炉。

5 结束语

该1 350 m3高炉自动化系统装备先进、选型档次高、各种功能丰富、整体设计合理，代表着当今高炉炼铁自动化的先进水平。热风炉作为炼铁的一道工序，其自动化系统经过半年的运行，从未出现过通讯故障、控制功能不稳定等问题，完全达到了原设计的技术要求和工艺要求，且操作非常方便，受到用户的好评，为高炉安全稳定生产提供了可靠的保证。

[1]马竹梧.炼铁生产自动化技术[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[2]刘玠.冶金过程自动化技术[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[3]周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京：冶金工业出版社，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 责编 崔建华)

王福新，金属塑性加工专业毕业，硕士研究生，主要从事冶金自动控制的实用开发工作，现任天津市大象信息系统有限公司副总经理。