论文部分内容阅读
摘要：高炉喷煤是现代高炉炼铁生产广泛采用的新技术，同时它还是现代高炉炉况调节所不可缺少的重要手段之一。喷吹煤粉日益受到各个国家或地区的高度重视。这项技术在近几十年中取得了明显的进步，而且，在相关的炼铁新工艺中，也不断地得到了推广和应用。本系统由西门子S7-300系列PLC组成，采用WinCC软件实现实时监控。该系统实现了对过程数据的实时监控，故障信号的报警记录，历史数据的归档及对现场设备的自动控制。该系统投运以来，充分发挥了PLC的控制可靠的优点，运行稳定，安全可靠，从而提高了生产效本。
关键词：发展趋势；组成；设计；改进
1 高炉喷煤技术发展趋势
高炉喷煤技术是钢铁生产过程中大幅度降低焦比和生铁生产成本的重要技术措施，同时也是推动钢铁生产工艺流程技术更新升级的核心力量。自20世纪80年代初，高炉喷煤技术在钢铁生产工艺中得到广泛推广使用以来，在大量研发人员的共同努力下，各国钢铁厂的高炉喷煤量也有了很大提高。我国经过最近十来年的研发和工程实践，高炉喷煤技术也取得了很多令人满意的成果，推动钢铁生产的快速发展。富氧喷煤技术、氧煤喷吹技术、粒煤喷吹和配煤混合喷吹技术等新技术在钢铁生产高炉喷煤系统中得到广泛推广应用。高炉喷煤系统由于工作原理复杂、专业性较强等因素的影响，在钢铁生产自动控制系统中具有非常重要的地位，因而对整个高炉喷煤系统各环节动作保护的可靠性、灵敏性、精确性等均有很高的要求。高炉喷煤系统虽然整体结构较为复杂，但是各电气设备相互间的连锁工作原理较为简单，工艺流程较为系统。随着各种喷煤技术的不断开发和在工程实践中的广泛推广应用，高炉喷煤控制过程均离不开相应的自动控制系统，也就是说相应技术的产生必须有对应控制系统模型作为支撑，以发挥出其应有的功能效果。因此，在结合高炉喷煤系统的总体流程方案的基础上，构筑高效精确的高炉喷煤自動控制数据模型和计算机可视化监视控制系统是钢铁企业自动控制工作人员研究的一个重要课题。
2 高炉喷煤自动化控制系统的组成
高炉喷煤自动化控制系统包括两套PLC控制站，高炉喷煤PLC控制站和焦炉煤气加压站PLC控制站。高炉喷煤PLC控制站位于高炉主控室，焦炉煤气加压站PLC控制站位于焦炉煤气加压站控制室。2套PLC控制站之间通过光纤以太网进行联接，实现数据交换和共享，同时都为企业的能源管理中心预留了光纤以太网接口。每套PLC控制站选用罗克韦尔公司ControlLogix5000系列PLC产品。所有控制站支持双机热备的冗余配置，即主控机架的处理器、电源、框架、远程I/O通讯网络、上位监控网络完全按照冗余配置。PLC控制站与HMI操作站之间采用工业以太网EtherNet联接；控制站内部CPU主机架与远程I/O机架之间采用冗余的控制层网络ControlNet联接。
3 系统与应用软件设计
主要硬件设备：西门子S7-300可编程控制器两套、上位机四台。西门子S7-300可编程控制器采用模块化结构。硬件损坏时更换方便，组态软件SIEMENS STEP 7 V5.3；WINCC 6.0。按工艺要求编制相应的控制软件，主要实现以下功能①制粉系统：设备安全连锁控制；烟气炉燃烧温度控制；磨煤机入口温度控制；热烟气二次冷风控制；给煤机下煤量控制；布袋收粉器入口温度控制；中速磨入口负压控制；中速磨出口温度控制；各工艺参数测量显示；操作数据设定；设备状态监视。②喷吹系统：喷吹罐自动装煤控制；喷吹罐自动倒罐控制；喷吹罐自动放散控制；喷吹罐补压控制；喷吹罐流化控制；喷煤量控制；工艺参数显示；设备安全连锁控制；设备状态监控；班报日报等。
4 技术改进
模糊逻辑是一种处理不确定性、非线性问题的有力工具，它比较适合于表达那些模糊或定性的知识。神经网络具有并行计算、分布式信息存储、容错能力强以及具备自适应学习能力等一系列优点。模糊逻辑与神经网络结合，使得网络中各个结点及所有参数均有明显的物理意义，因此这些参数的初值可以根据系统的模糊活定性的知识来加以确定，然后利用学习算法可以很快收敛到要求的输入输出关系。
4.1 仪表自动调整
通过到处搜集资料，查询相关信息，了解到当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其他技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。这种技术恰恰符合制粉气体循环回路的控制方式，于是决定在单一控制的基础上，配合使用PID调解技术，使操作人员从频繁的设定阀门开度、操作阀门动作中解脱出来，解决其他设备的棘手问题；同时使阀位调整摆脱人为因素的控制，设备的运行失误率就低，也加快了设备的反映速度，提高了生产效率，使制粉总量在相同的时间内得到增加，继而使喷煤数量及质量都提高。
4.2 喷吹量精确
单独采用的流量检测，喷吹量的数值累计可以根据流量数值大小来进行自动调节，但是当检测设备出现故障而无法显示流量检测数值时，自动调节就无法实现。单独采用喷吹量的重量检测，通过采集上千组数据，发现喷吹量的大小、旋转给料机的转速、变频器的频率三者之间存在着一定的数值比例关系，即Y=KX+B，其中Y为实际喷吹量，X为变频器的频率，B为扰动量，固定变频器的频率为8HZ、10HZ、15HZ、20HZ、25HZ、30HZ、40HZ时，分别计算K系数，然后取其平均值，得到实际的喷吹量与变频器频率之间的一定的函数关系，但在实际调试过程中，由于现场的震动，采样数值往往波动较大，给自动调节带来一定的困难，采用峰谷值相抵法，当出现较大的峰值或较小的谷值时，通过计算来处理这类数据，将其稳定在设定值范围内，这样通过比较来进行自动调节，系统稳定性大大增强。于是采用以上两种控制方式相结合，如选择重量控制时，流量检测可作为参考，若选择流量控制时，重量变化可作为参考，二者可进行相互修正，更能保证喷煤量的准确。两种控制方式相结合，数据的采集过程稳定、精度提高，制粉、喷煤乃至高炉的生产效率与产量都得到大幅度的提高。
5 结语
自动化控制系统，是目前电气控制系统较关键的系统。随着工业现代化的发展，生产规模越来越大，劳动生产率及产品质量的要求不断提高，对控制系统的可靠性也提出了更高的要求，原有“继电控制系统”逐步被淘汰。现代工业自动化生产设计的设计已扩大到PLC的应用领域。冶金施工企业在电气自动化施工中必须对PLC的设计和运行进行很好的掌握，才能加快施工进度和节约成本。
参考文献：
[1]胡建.西门子S7-300/400 PLC工程应用.北京航空航天大学出版社.2011.9.
[2]廖常初.S7-300 PLC应用技术.机械工业出版社.2007.9.
（作者单位：河钢宣钢炼铁厂）
关键词：发展趋势；组成；设计；改进
1 高炉喷煤技术发展趋势
高炉喷煤技术是钢铁生产过程中大幅度降低焦比和生铁生产成本的重要技术措施，同时也是推动钢铁生产工艺流程技术更新升级的核心力量。自20世纪80年代初，高炉喷煤技术在钢铁生产工艺中得到广泛推广使用以来，在大量研发人员的共同努力下，各国钢铁厂的高炉喷煤量也有了很大提高。我国经过最近十来年的研发和工程实践，高炉喷煤技术也取得了很多令人满意的成果，推动钢铁生产的快速发展。富氧喷煤技术、氧煤喷吹技术、粒煤喷吹和配煤混合喷吹技术等新技术在钢铁生产高炉喷煤系统中得到广泛推广应用。高炉喷煤系统由于工作原理复杂、专业性较强等因素的影响，在钢铁生产自动控制系统中具有非常重要的地位，因而对整个高炉喷煤系统各环节动作保护的可靠性、灵敏性、精确性等均有很高的要求。高炉喷煤系统虽然整体结构较为复杂，但是各电气设备相互间的连锁工作原理较为简单，工艺流程较为系统。随着各种喷煤技术的不断开发和在工程实践中的广泛推广应用，高炉喷煤控制过程均离不开相应的自动控制系统，也就是说相应技术的产生必须有对应控制系统模型作为支撑，以发挥出其应有的功能效果。因此，在结合高炉喷煤系统的总体流程方案的基础上，构筑高效精确的高炉喷煤自動控制数据模型和计算机可视化监视控制系统是钢铁企业自动控制工作人员研究的一个重要课题。
2 高炉喷煤自动化控制系统的组成
高炉喷煤自动化控制系统包括两套PLC控制站，高炉喷煤PLC控制站和焦炉煤气加压站PLC控制站。高炉喷煤PLC控制站位于高炉主控室，焦炉煤气加压站PLC控制站位于焦炉煤气加压站控制室。2套PLC控制站之间通过光纤以太网进行联接，实现数据交换和共享，同时都为企业的能源管理中心预留了光纤以太网接口。每套PLC控制站选用罗克韦尔公司ControlLogix5000系列PLC产品。所有控制站支持双机热备的冗余配置，即主控机架的处理器、电源、框架、远程I/O通讯网络、上位监控网络完全按照冗余配置。PLC控制站与HMI操作站之间采用工业以太网EtherNet联接；控制站内部CPU主机架与远程I/O机架之间采用冗余的控制层网络ControlNet联接。
3 系统与应用软件设计
主要硬件设备：西门子S7-300可编程控制器两套、上位机四台。西门子S7-300可编程控制器采用模块化结构。硬件损坏时更换方便，组态软件SIEMENS STEP 7 V5.3；WINCC 6.0。按工艺要求编制相应的控制软件，主要实现以下功能①制粉系统：设备安全连锁控制；烟气炉燃烧温度控制；磨煤机入口温度控制；热烟气二次冷风控制；给煤机下煤量控制；布袋收粉器入口温度控制；中速磨入口负压控制；中速磨出口温度控制；各工艺参数测量显示；操作数据设定；设备状态监视。②喷吹系统：喷吹罐自动装煤控制；喷吹罐自动倒罐控制；喷吹罐自动放散控制；喷吹罐补压控制；喷吹罐流化控制；喷煤量控制；工艺参数显示；设备安全连锁控制；设备状态监控；班报日报等。
4 技术改进
模糊逻辑是一种处理不确定性、非线性问题的有力工具，它比较适合于表达那些模糊或定性的知识。神经网络具有并行计算、分布式信息存储、容错能力强以及具备自适应学习能力等一系列优点。模糊逻辑与神经网络结合，使得网络中各个结点及所有参数均有明显的物理意义，因此这些参数的初值可以根据系统的模糊活定性的知识来加以确定，然后利用学习算法可以很快收敛到要求的输入输出关系。
4.1 仪表自动调整
通过到处搜集资料，查询相关信息，了解到当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其他技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。这种技术恰恰符合制粉气体循环回路的控制方式，于是决定在单一控制的基础上，配合使用PID调解技术，使操作人员从频繁的设定阀门开度、操作阀门动作中解脱出来，解决其他设备的棘手问题；同时使阀位调整摆脱人为因素的控制，设备的运行失误率就低，也加快了设备的反映速度，提高了生产效率，使制粉总量在相同的时间内得到增加，继而使喷煤数量及质量都提高。
4.2 喷吹量精确
单独采用的流量检测，喷吹量的数值累计可以根据流量数值大小来进行自动调节，但是当检测设备出现故障而无法显示流量检测数值时，自动调节就无法实现。单独采用喷吹量的重量检测，通过采集上千组数据，发现喷吹量的大小、旋转给料机的转速、变频器的频率三者之间存在着一定的数值比例关系，即Y=KX+B，其中Y为实际喷吹量，X为变频器的频率，B为扰动量，固定变频器的频率为8HZ、10HZ、15HZ、20HZ、25HZ、30HZ、40HZ时，分别计算K系数，然后取其平均值，得到实际的喷吹量与变频器频率之间的一定的函数关系，但在实际调试过程中，由于现场的震动，采样数值往往波动较大，给自动调节带来一定的困难，采用峰谷值相抵法，当出现较大的峰值或较小的谷值时，通过计算来处理这类数据，将其稳定在设定值范围内，这样通过比较来进行自动调节，系统稳定性大大增强。于是采用以上两种控制方式相结合，如选择重量控制时，流量检测可作为参考，若选择流量控制时，重量变化可作为参考，二者可进行相互修正，更能保证喷煤量的准确。两种控制方式相结合，数据的采集过程稳定、精度提高，制粉、喷煤乃至高炉的生产效率与产量都得到大幅度的提高。
5 结语
自动化控制系统，是目前电气控制系统较关键的系统。随着工业现代化的发展，生产规模越来越大，劳动生产率及产品质量的要求不断提高，对控制系统的可靠性也提出了更高的要求，原有“继电控制系统”逐步被淘汰。现代工业自动化生产设计的设计已扩大到PLC的应用领域。冶金施工企业在电气自动化施工中必须对PLC的设计和运行进行很好的掌握，才能加快施工进度和节约成本。
参考文献：
[1]胡建.西门子S7-300/400 PLC工程应用.北京航空航天大学出版社.2011.9.
[2]廖常初.S7-300 PLC应用技术.机械工业出版社.2007.9.
（作者单位：河钢宣钢炼铁厂）