优化高炉炉顶DCS设备在线监测自动控制

2024-01-01庞凯李锦龙

冶金信息导刊 2024年5期

摘要：随着高炉系统的自动化运行率逐渐趋于完善，大大减少了岗位人员工艺流程操作步骤，因此降低设备故障率，提高系统自动化强度尤其重要。

关键词：高炉；DCS控制系统；炉顶；编码器

Abstract：With the gradual improvement of the automation operation rate of the blast furnace system， the number of process operation steps for personnel has been greatly reduced. Therefore， reducing equipment failure rates and improving system automation intensity are particularly important.

Key words： blast furnace；DCS control system；furnace top；encoder

0 前言

近年来，随着高炉热风炉智能式全自动烧炉、全自动换炉、无波动换炉、供料上料系统料批提速、变频设备节能优化等项目的投用，高炉系统的自动化运行率逐渐趋于完善。自动化程度越高，大大减少了岗位人员工艺流程操作步骤，随着这种重心的偏移，一旦出现中断全自动程序的故障事件，对故障的快速分析和处理就变得特别重要。

因此，降低设备故障率，提高系统自动化强度，尤其是高炉炉顶系统在生产要求下，每一处设备都保持高速循环运转。因此，一旦发生故障，会造成上料减速，造成上料中断，对高炉整体运行影响巨大。

1 高炉炉顶DCS控制系统及技术关键

高炉炉顶控制系统采用多层分级、合作自治的结构形式。实现集中管理和分散控制，分散控制系统是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的仪表分散控制，简称DCS集散控制系统。

围绕炉顶DCS控制系统实现“故障原因智能可视化，故障处理预知管控化”这两个方向，解决炉顶自控系统硬件状态全景式监控及智能化报警、炉顶工艺顺序控制过程的中断原因实现可视化监控、以预知检测的方法来降低故障发生的风险、设计一级报警（组）预防故障扩大化。

2 优化高炉炉顶DCS控制系统

2.1 炉顶自控系统硬件状态全景式监控及智能化报警

自控系统硬件正常运行是自动化维护的基础工作。之前维护步骤是岗位发现某个现场设备状态不正常，随后自动化人员去检测设备状态，发现模件供电异常或模件损坏，然后再去更换模件或保险。为缩短中间过程，达到快速而准确处理故障的目的。为此，技术人员对硬件状态的监控及报警技术进行了深入研究。在对ABB FreelanceV9.1版本特性进行多次测试后，抛弃之前简单的监控方案，采用了诊断字技术实现了精确监控模件状态，准确显示故障原因的目的。

诊断字技术自带的系统变量，其不同数值表示出了模件的不同状态及故障原因。技术人员根据AC800F模件（包括CPU、SA811、EI803、FI830、CI840、DI810、DO810）诊断字做不同的测试，测试模件在不同的报警状态下，诊断字代码的改变。最终结合诊断字代码，绘制了硬件状态全景式监控画面，编制了故障报警程序。

只要控制系统硬件出现了故障，全景式监控画面上就会准确的报出故障的原因，并加以语音或闪烁报警提示，如：CPU温度过高、电池电压过低、网络中断、SA811电源坏、EI813网卡坏、FI830通讯中断、CI840冗余失效、CI840 DP故障，并可以精确的分析出DI810、DO810、AI810等模件状态，是模件烧坏还是24V保险坏等。

这种自控系统硬件状态全景式监控及智能化报警技术的投用，使得工程技术人员省去了中间判断环节，可直接对发生故障的硬件进行准确处理。

2.2 炉顶工艺顺序控制过程的中断原因及可视化监控

炉顶料罐的装料、布料工艺控制涉及到料罐和阀门，外加布料溜槽（倾动、回转）、探尺等设备，阀门之间有严格的连锁关系（包括罐压、顶压等是否满足当前工艺条件），必须严格按照工艺流程顺序进行先后操作。在全自动化程序运行下，岗位人员是无需操作的，只需要确保布料圈数满足工长要求即可。但正因为有严格的连锁关系，当设备故障或工艺参数不满足时，岗位人员需要打手动进行干预，干预时需对工艺参数进行判断或处理，并清晰的按照工艺流程进行步序操作。

为了清晰的表示出当前工艺顺序控制过程进行的步骤及相关的连续条件，我们绘制了炉顶装料、布料工艺流程图。此图以动态的方式时刻监控料罐装料、布料工艺流程，清晰的标明了工艺流程当前运行的具体步骤，并对每一步的运行条件进行了清晰的标注，一旦设备卡在哪个环节，可以很明显的判断出具体原因。

在该套动态图中，当前进行到哪一步用绿色表示，可以一目了然看出当前工艺操作已经进行到哪个阀门，后序操作应控制哪个阀门，在每一步骤中，清晰的注明每个设备的连锁关系，连锁条件已经满足则用绿色表示，连锁条件不合适的用灰色表示，岗位人员可以清晰的判断出是因为什么故障造成当前设备运行不正常，从而快速进行处理。

2.3 以预知检测的方法来降低故障发生的风险

1）炉顶编码器设备状态的预知检测。

编码器是炉顶设备的核心之一，编码器的数值是炉顶自控系统中的关键参数，其中，料流编码器用于控制料流开度，调节布料圈数；倾动编码器用于控制布料角度；探尺编码器用于探测料面深度，每一个都是关键性工艺数值。

这些编码器有一个共同点，它们都是在一定范围内，循环往复式的动作。利用这个特点，可对编码器设备状态进行预知检测，即：用编码器往复动作的起点作为标准值，每一个往复动作结束回到起点时，用实时值与标准值进行偏差比较，如果偏差的绝对值超出预设范围，则认为编码器可能出现了故障，比如，轴径连接部分松动、断裂；连接线松动、老化等。

2）冗余备用设备状态、仪表数值的预知检测。

为保证炉顶控制流程的全自动运行，炉顶的重要设备状态、仪表数值等采用了一用一备的设计，比如炉顶各个阀门的开关状态；顶压、罐压、射线料空料满的仪表数值等。冗余设计的好处是当常用状态出现故障时，可及时切换到备用状态，不影响正常运行。当然，它的前提条件是切换到备用时，备用是正常可用的。

为时刻保证冗余备用的可用性，我们通过编程实现了常用、备用的一致性检测，当备用与常用不一致时，及时对故障进行处理。

2.4 设计一级报警（组）预防故障扩大化

一级报警（组）主要针对关键设备、关键参数、关键操作等进行细致化编程，当前状况与预设状况不符时，发出一级报警，提示岗位去及时干预处理。比如，一批焦或矿的布料圈数，工序要求一般在10 ～ 17圈范围内，某批次布料小于10圈，料罐就空了；或者是大于17圈，料罐还未放空，此时，岗位人员就要马上去分析、处理，防止下个批次继续出现该问题。

一级报警（组）的主要编程设置如下：

1. 圈数未清零

2. 圈数 lt;10，料空，注意：降致料流打不开

3. 料罐有料、打不用

4.1 号罐压 A、B 不一致

5.2 号罐压 A、B 不一致

6. 两个顶压不一致

7. 圈数 gt;17，料不空

8. 液压泵全停

9. 液压站油压低

10. 液压站油位低

11. 倾动电机电流高