略钢炼铁分厂自动化系统

雒红军 田华 武伟荣

摘要：本文主要介绍了略钢炼铁分厂自动化系统的分布格局，阐述了自动化系统的结构、组成及主要功能。

关键词：高炉；自动化；网络

1、概述

略钢炼铁分厂在2005年7月2#高炉大修扩容改造工程中，首次采用冶金及其它行业广泛使用的西门子S7系列PLC系统及WinCC人机界面软件自动化控制系统。高炉投产后，自动化控制系统与高炉生产经过近半年的“磨合”，其良好的人机界面在操作使用、实时监控、历史趋势图、故障信息、报表生成等方面充分显示出方便、准确、快捷的特点。在相继的1#高炉、3#高炉、风机、喷煤等改造或新建工程中，自动化控制系统统一采用西门子公司的S7系列PLC系统及WinCC人机界面软件。

2、自动化系统的结构和组成

略钢炼铁分厂自动化系统划分为1#高炉、2#高炉、3#高炉、风机、喷煤、煤气除尘六个独立的系统。高炉自动化系统又含三个独立的子系统，包括高炉本体、上料、热风炉系统。风机自动化系统包括8#、9#风机2个子系统，7#风机为仪表控制。喷煤自动化系统包括煤场上料、制粉和喷吹3个子系统。煤气除尘自动化系统包括 3座独立的高炉煤气净化系统。

2.1 每个自动化系统基本上均由二级控制系统和二层通讯网络构成。二级控制系统分成基础自动化系统（PLC系统、一级）和过程自动化系统（上位机、二级）两级组成，二层通讯网络是工业以太网和PROFIBUS网。

2.1.1 基础自动化

基础自动化系统就是分别在各个主控室设一个S7—400或S7—300主站，主站下挂若干远程I/O（AI/AO）从站，用于对输入输出进行控制和数据采集。按照工艺要求控制工艺设备的运行，检测系统中各个生产设备的状态及工艺参数，并按确定的控制原则对各个设备进行控制和调节，即由PLC控制。

2.1.2 过程自动化

过程自动化系统选用研华工控机，操作系统采用Windows 2000／WindowsXP，组态软件采用WinCC6.0／WinCC6.２对生产进行实时动态画面监视。根据现场的实际情况操作人员可以在操作画面上对生产过程进行必要的控制和调节；对生产过程中的仪表数据和各种工况参数形成历史趋势图，报警故障、事件记录等丰富的图形库。

2.1.3 工业以太网

西门子S7采用SIMATIC NET 工业通讯网络结构，这种模式允许站点同时发送和接收数据，通讯速率可提高一倍。PLC系统各个控制器之间也通过以太网实现控制信息及数据传送。为了保证各个系统通讯的抗干扰性，工业以太网在物理层上采用光纤传输。

在具体的使用中表现为上位机（操作画面）与PLC之间及PLC彼此之间通过交换机联成以太网，实现彼此的信息交换。通过以太网，把各种工艺参数设定值和对电气设备的操作从上位机传送到各PLC，把各设备的状态和工艺、电气参数及故障由PLC收集送到操作画面显示。

2.1.4 PROFIBUS网

西门子S7的现场仪表和设备级采用PROFIBUS 现场总线进行通讯，中央控制器与现场站通过PROFIBUS－DP 互相进行通讯，现场智能总线设备及仪表也可以通过PROFIBUS 同中央控制器通讯。PLC把设定参数和控制指令传送到各调速传动系统，并收集各调速传动系统的状态和电气参数送到操作画面上显示.

3 高炉自动化系统的特点

高炉区域自动化控制系统分为三个独立运行的网络。

由于1#、2#、3#三座高炉工程是分期建成，高炉自动化控制系统则分别由北京金自天正公司、天津栋华、济南伊斯达自动化公司三家独立完成。但是其工作特点是一致的。

3.1 高炉本体系统

本体主控室由一个工程师站和一个操作站组成。高炉本体系统不仅能监控本体部分的仪表、电气参数运行工况，而且对槽下上料、热风炉的运行情况进行监视，实现了自控系统的集中管理，分散控制。本体操作画面中的热风温度、冷风压力、冷风流量、炉顶压力等9个参数统一做在一个适时趋势图中（图二），大大简化、方便了操作人员的操作以及对炉况的掌握。对高炉的料制、负荷、透气性指数、富氧量等参数能直观的显示在操作画面上，对冷却水压力、各种温度不仅有准确的显示还有相应的的画面闪烁报警，更加利于他们对高炉的调控。

上料主控室是对槽下上料系统和炉顶系统进行自动或上位机手动操作。对运行过程中出现的故障信号，在画面中有闪烁报警提示，并由报警记录，设备操作状态记录，提醒了操作人员的正确操作并有记录可查询。对高炉生产所用的矿石、焦炭等原燃料的消耗根据称量数据生成准确的报表记录，方便了分厂统计人员的计算。

热风炉主控室由一个操作站和一个操作台组成。热风炉的“烧炉、焖炉、送风”有三种操作方式即：自动操作、上位机半自动操作、操作台手动操作。一般采用上位机半自动操作，这种操作方式不仅加强了操作人员的责任心，更加方便了操作人员的及时控制。

3.2 风机自动化系统

相对高炉作业区的自动化控制，风机自动化控制系统采用完全上位机操作，即在整个风机控制中所有仪表参数全进微机控制，包括压力、流量、温度、进风阀、防喘振阀等各种调节阀的操作，这在炼铁分厂所有控制中首次实现全微机控制，实践证明这种控制方式不仅减少了仪表维护人员的工作量，而且大大方便了风机操作人员的操作。风机自动控制的唯一遗憾是风机自动控制没有实现和高炉联网。

3.3 喷煤自动化系统

根据高炉喷煤生产的工艺布局和功能特点，将喷煤自动化控制系统分为三个分系统：输送控制系统、制粉控制系统、喷吹控制系统。

喷煤系统和风机系统一样采用完全上微机操作。输送控制系统、制粉控制系统、喷吹控制系统各自为一个独立的自动控制系统。输送控制系统根据原煤仓上料位指示自动或上位机手动开启原煤输送皮带，保证原煤的不间断供应。制粉控制系统在生产过程中的煤气、空气调节实现了自动按比例调节流量的操作方式，加热炉内安装有火焰监测器，操作人员可根据画面中的火焰监测器随时掌握加热炉的燃烧情况。煤粉布袋反吹系统有一个独立的S7-200过程，可实现自动定时反吹。喷吹控制系统有自动装煤、充压、倒罐三部分。根据喷吹的实际运行情况暂时只使用了自动装煤系统。喷吹系统的喷吹趋势图为操作人员的准确喷吹提供了依据。

由于喷煤系统是异地新建工程，且与2010年元月底投产，其自动控制系统也没有和高炉形成网络连接，在公司进一步的网络改造项目中进行完善。

3.4 煤气除尘自动化系统

煤气除尘系统集三座高炉的煤气除尘在一个操作室操作，大大减少了操作人员数量。煤气除尘分为自动反吹和卸灰系统两部分。自动反吹系统分为两种：1 加压反吹：当布袋除尘系统压差达到设定值时，反吹系统自动启动相关反吹设备进行反吹，压差小于设定值、箱体反吹结束，反吹系统自动停相关反吹设备。2 定时反吹：根据现场实际情况设置两次反吹间隔时间和箱体反吹次数，一但时间到反吹系统自动启动相关反吹设备，箱体反吹次数达到设定值时，反吹系统自动停相关反吹设备。当箱体发生故障时，点击该箱体的故障按钮，反吹时该箱体被自动甩掉。卸灰部分根据箱体及中间斗的料位进行自动或手动卸灰。

为了保护箱体内的布袋达到良好的除尘效果自控中还设定了对荒煤气温度的高、低温度报警功能。

4、炼铁分厂自动化系统的应用特点

高炉、喷煤系统部分应用了总线型仪表。例如：高炉各种压力、槽下称量、喷煤喷吹罐称量等工艺参数的监控中，根据仪表特性，应用了HART总线、PROFIBUS总线技术将监控数据读取到自动化系统中。应用总线型仪表，不仅简化了仪表系统的连接线路，而且有利于提高对仪表本身的监控和实时测量的真实性。

电气设备的运行状态直接关系到高炉、风机、喷煤等主要设备的作业率。自动化系统实施中，将变频器通过总线连接到自动化系统，实现了运行参数的测取和输出控制。

炼铁分厂自动化系统主要由北京金自天正、济南伊斯达、西安金华等单位设计、安装、调试完成，为炼铁工艺要求的实现和全系统运行维护创造了良好的条件。设计的应用软件不仅较好地满足了工艺、设备和操作功能要求，还充分地考虑了设备故障状态下如何确保主要生产过程的持续性生产。

5、结语

炼铁分厂自动化系统的运行情况表明，各项功能正常、可靠，满足了工艺要求，在生产过程显现了其较强的智能化能力。但是其自动化系统的网络连接和信息共享还没有彻底实现，将在下一步略钢公司信息中心的网络改造项目中进一步实现。例如有计划实现对高炉、风机、喷煤的联网监测控制（图五）。