炼铁高炉电气自动化系统基本配置及其功能和优点分析

2021-11-29张毅

中国金属通报 2021年8期

张毅

（承德钢铁集团有限公司，河北承德 067000）

经济社会的快速发展，对钢铁行业的需求量也不断增大，尤其是汽车制造、航天等高精尖行业的需求，为钢铁产品的质量和性能等都提出了严苛要求。在钢铁企业中，高炉冶炼生产环节是影响产品质量的关键环节，直接影响着产品的性能、抗拉强度等。于是对于钢铁企业来讲，做好高炉冶炼环节至关重要，炼铁高炉电气自动化系统的应用，有效地提升了冶炼的质量。因此对于钢铁企业相关技术人员来说，掌握炼铁高炉电气自动化控制技术，能更好地维护高炉生产，助力高炉长周期稳定运行。

1 相关概述

1.1 高炉工艺简介

高炉可以将铁矿石专业进行混合反应，生产铸铁和其它的产物。高炉炼铁中它的主料是从上到下，而煤气是从下到上进行反应的，它整个实际生产是一个比较连续的过程。需要将热风炉的实际温度加热到1000摄氏度之上。炉料内的焦炭才能够进行燃烧，最终会生成高温的还原性气体并且不断加热，倒入料汁中，再成为铁矿石球团，最终变成铁。

1.2 炼铁高炉应用电气自动化控制优点

在过去的炼铁生产过程中，高炉实际生产时有不同的管理部门，对高炉生产进行管控，但无法做出合理的分析，这给整个生产计划的制定和管理工作带来了极大困难。电气自动化控制系统应用后，可自动对高炉冶炼过程中的参数和数据进行收集和在线监控，提升冶炼效率外，还有效地降低了操作人员的劳动强度。随着钢铁企业智能化进程的加快，越来越重视在自动化控制系统的应用，对它的实际应用进行不断地研究，提高其稳定性和功能性，在高炉生产控制过程中发挥更好的效果。

2 炼铁高炉电气自动化系统基本配置

在炼铁高炉内部系统中，利用电气自动化系统，可以对整个炼铁过程做出全方位的检测，提升高炉运行的稳定性。在实际配置过程中，相关工作人员利用网络分层的结构，将不同的系统进行很好的连接，利用网络将PLC的设备数据进行传输利用，主控电脑让整个系统做到平面化监测。在对电气自动化控制系统实际设计过程中，一定要考虑到实际因素，不同的系统进行不一样的配置。在实际运行过程中，如果某个部分出现了问题，可以及时进行代替，尽可能的将存在的问题进行及时解决。

3 关键技术参数

3.1 模块介绍

（1）CPU。在炼铁高炉电气自动控制系统设计中，PLC控制器主要应用于系统主机，对整个自动化控制系统实现远程等有效控制。目前在用的是西门子417-4H CPU，通过在主机架底板上安装CPU，内部设置可读写存储器。也可采用内存卡增设方式，从而扩大存储器内存。在该存储器的执行程序内能够执行逻辑运算、顺序控制、定时、耦合等几大功能。可以输出开关量与模拟量，从而有效控制炼铁高炉各类电动机。

（2）I/O模块。该PLC控制器包括开关量、模拟量两大输入输出模块，分别作为信息的采集、控制处理模块。由该模块对现场设备运行及检测状态、数据信息进行采集，经主机架CPU分析运算可得到电平信号，最终将计算结果转为控制信号传输至应用现场的电动机、变频器中。在背板安装所有的开关量、模拟量的输入与输出，所有I/O模块均可以实现自动化软件配置。

（3）SM背板总线模块。该PLC控制器在导轨上加上SM背板总线模块，这样就实现了模块的热插拔，拔下模块后不会影响后面的I/O模块的背板总线通讯，方便模块故障的处理。

3.2 PLC编程模块

在炼铁高炉电气自动控制系统设计中，西门子PCS7 9.0是主要的编程软件。PCS7由STEP 7、WinCC、图形编程语言CFC和SFC、结构编程语言SCL、PDM组成。

4 功能

4.1 分析自动化系统

该系统的主要功能是有效的检测高炉内原料反应状况，确保炼铁高炉在实际冶炼时具有一定的安全性、稳固性，确保炉体的安全。自动化系统的应用，能够有效的保障现场工作人员的安全。炼铁高炉中的检测设备主要应用在冶炼生产过程中，对所有参数进行有效的整理和收集。自动化系统主要包括监测仪表、信息收集模块等。其中自动化系统中的控制端设备能够有效的以高炉冶炼的方式呈现出实际冶炼过程中炉体压力等相关参数，与此同时可以查询以前的参数通过趋势图的方式呈现出来。操作人员能够利用手动方式对电脑画面进行相关的操作，利用开关有效的控制实际冶炼过程中的各个阀门以及设备，从而能够有效的调节高炉运行情况，确保冶炼正常开展。

4.2 自动监控系统

在具体的应用过程中，监控系统可以根据主要的数据作出详细分析，按照具体的情况选择利用科学合理的方式进行解决。整个系统中不仅可以对高炉的实际运行状况做出监控，还能够对它的设备运行状况进行分析，确保整个系统运行的更加安全。除此之外，不同的设备和监控系统之间可以相互连接，能够对不同的数据，进行详细的传输，可以使设备发生故障的概率降到最低。

4.3 分析自动热风炉系统

高炉冶炼过程中，热风炉系统是自动系统中重要的组成部分，冶炼过程中热风炉至少要使用三座，部分高炉现使用用四座，操作步骤是“燃烧、换炉、送风”。在冶炼实际工作中，工作人员要有高度负责的态度，首先预热冷风，从而最大程度的确保热风能够持续的运送到热风炉里，保证炼铁高炉自动化系统的有效应用。此外，预热冷风的过程中，热风炉根据实际情况进行设定，如人工操作、自动化控制等。使用全自动化热风炉可以实现对单一热风炉开展设定工作，相关的人员利用设定废气的温度以及热风炉拱顶温度，从而对冶炼烧炉整个环节进行有效把控。此外，自动热风炉系统在实际应用时，可以有效查找以前的数据信息，有助于提高工作人员对数据信息分析的合理性、准确性，并达到节能减排的目的，为钢铁企业带来更大的生态效益和经济效益。

4.4 煤气净化控制系统

在高炉的实际生产过程中，会产生很多的灰尘和废气，如果灰尘堆积过多的话，就会对设备的正常运行造成严重影响。所以一定要对高炉煤气设备中的灰尘和积粉进行及时清理，确保整个设备的稳定运行。控制系统的基本原理，需要利用不同的重力将煤气中的粉尘进行分离，进而达到煤气完全净化的目的。需要关注的是一定要对设备进行定期的清理，防止因为灰尘过多导致除尘效果降低。与此同时，还需要注意在煤气净化的过程中，所使用到的系统必须具备自动控制、单独控制等功能，这样才能够保证除尘的效果达到最佳。

4.5 高炉炉顶供料系统

2500M3高炉供料系统目前主要是采用皮带上料方式，由高压电机直接启动控制。对于炉顶的皮带控制方面主要要求匀速稳定的运行，为了确保整个系统的可靠运行，在皮带传动电机方面，主要采用“3使1备”或“1使1备”的模式，单生产中单台电机出现问题后，可机械人员更换传动链条后由操作员在操作画面上直接切换备用电机就可以恢复皮带正常运转，大大缩短了皮带电机故障的处理时间。除此之外，在炉顶供料系统中可以利用相关技术对其进行实施监测，便于及时发现问题，提升系统的可靠性，维护起来也更加容易。

4.6 高炉传动控制系统

在高炉实际传动控制过程中，主要是高压变频传动和低压变频传动。低压传动方面主要包括探尺、倾动、旋转传动等。整个交流调速控制技术需要不断的进行完善，在交流电机的结构方面，它相对比较简单而且维护量小，在当前传动系统一般都会利用交流调速系统。为了让整个高炉传动控制变得更加安全可靠，将存在的故障降到最低，需要不断的对其进行优化。

5 电气自动控制系统常见问题的解决方法

电气自动化操控设备基本上都是电子设备，整个设备本身设计的相对比较缜密，不仅如此，它对于具体的环境也有非常高的要求，然而因为整个炼铁高炉实际温度比较高，所以在外部水渣含硫蒸气，具备的腐蚀性也较大，这就使得整个电子设备在恶劣环境下进行运转，很容易让相关操作系统发生严重故障。为了确保整个电气自动化控制系统在实际工作过程中的安全性，就需要对其进行高度重视，要对其进行检查。除此之外，需要在继电器或者限位器的位置做出监控，这样相关工作人员就能够更快的发现所存在的故障，通过利用相关技术手段能够确保操作系统正常运行，工作人员的人身安全也会得到保障。

6 炼铁高炉电气自动控制系统升级方向

随着电子信息技术的不断发展，对于电气自动化系统的实际应用也进行了不断升级。智能化模式的不断应用是当前自动化控制系统的趋势，通过利用互联网和终端技术，能够对炼铁高炉做出全方面的监测和控制。以5G为代表的通信技术，与自动化系统的结合，推动整个自动化控制系统功能更加精准和全面，可实现精准操控，生产过程更加智能化。