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【摘 要】本文介绍了首秦一号高炉多环布料系统的工作方式，针对现有系统存在的不足进行分析并提出了改造方案。通过此次改造使首秦一号高炉布料更加准确和均匀，降低了高炉波动次数，达到控制煤气流，提高煤气利用率，低耗高产的目的。
【关键词】高炉；多环布料；精度
0.前言
随着我国工业化进程的逐步推进，对钢铁需求的不断增长，使得我国的钢铁工业得以迅猛发展，钢铁产能已处于世界领先水平。但与国外钢铁企业相比，我国的钢铁生产成本高、冶炼效率及技术水平相对落后的现状已经成为制约我国钢铁行业发展的首要矛盾。如何提高冶炼效率，降低生产成本，提高产品的国际竞争力并满足当下节能减排要求，业已成为设备维护改造的首要任务。
首秦高炉布料系统采用当下广泛使用的无钟式炉顶溜槽布料系统，该系统有着密封性能好，可提高炉顶压力，从而提高冶炼强度；布料灵活，能比较准确地控制炉料在炉内的分布等优点。但由于首秦一号高炉投产较早，设备精度相对较低，导致布料角度及布料圈数难以准确控制，因而影响高炉料面分布，降低煤气利用率，从而影响料比，提高生产成本。
针对首秦高炉存在的上述缺点，利用首秦一号高炉中修的机会对首秦一号高炉进行了精度及布料方式的升级改造。
1.改造方案
1.1 现有系统介绍
如图1所示，首秦一号高炉角度采集通过角机将炉顶角度传送到过程站控制柜内，通过角机与编码器连接将角度信号送入开关量输入模块进行角度计算。
图1 角度传送方式
1.1.1节流阀工艺要求
节流阀在高炉布料中起着举足轻重的作用，它能控制料流速度，配合布料溜槽来进行有序的按要求布料，节流阀的开度直接影响布料的圈数。首秦高炉节流阀采用比例调节阀控制
1.1.2比例阀调节控制原理
比例阀又叫电液转换器，他与伺服阀不同，是输入模拟量信号，输出为开关量信号。高炉比例阀是双闭环控制调节系统，如图2所示，内环主要是以比例放大板和比例阀来完成，由阀心的位置反馈来调节阀位开度的大小。外环主要是以角机反馈的角度来检测阀的实际位置来达到控制阀的开关，最终达到所要求的阀位。
内环：比例放大板和比例阀-阀位反馈在比例放大板内部通过硬件实现内环PID调节。
外环：比例放大板和比例阀、油缸和插板、角度检测、PLC在PLC程序中实现外环PID调节控制。在PLC程序中从选程、数设中得到变化的设定值SP，通过内、外环PID调节使PV=SP，在行进中通过位置环反馈实现高速逼近低速定位。同时变换PID的比例积分参数，实现特性最优。
图2 比例阀控制原理
角度采集值与设定值进行比较、调节，当前使用节流阀的控制调节精度为±1°；α角采用直流电机，数字柜控制精度仅达到±1°；多环布料数据设置方面采用一个布料表，十组角度、圈数设置。
1.2 存在问题与不足
（1）节流控制精度过低，无法满足生产工艺需求；
（2）α角控制精度过低，无法满足生产工艺需求；
（3）布料表设置不灵活，相邻布料角度之间无法布料，易导致堆尖情况出现。
1.3 改进方案
由现有布料系统介绍及不足可以看出，上料系统节流及α角设备显然已陈旧、落后，与国内其他公司高炉上料系统精度控制方面存在很大差距。针对一号高炉上料系统存在的上述问题，从硬件、软件方面进行如下改造，提高控制精度、增加布料角度设置灵活性。
1.3.1 角度采集部分硬件改造
α角、节流角度的量程为0到90°。α角炉顶采用1：4变速箱，因此编码器旋转一周对应的α角角度范围为0到90°；节流采用1：1方式，节流角度范围为0到90°。现有系统一弧度对应4个机器码，分辨率很低，旋转编码器需要从10位BCD码（精度：机器码0-360对应小变速箱0-360弧度）提高到14位BIN码（精度：机器码0-16384对应小变速箱0-360弧度）。改后系统一弧度对应45.5个机器码，分辨率有了很大提高。改造后节流角度精度提高到±0.1°、α角角度精度提高到±0.25°。 由于采用的14位BIN码编码器与原编码器工作电压、进机点数量均有变化，因此需要对编码器供电、开关量输入模块进行更换。
1.3.2 输出控制部分硬件改造
α角精度提高后，当角度接近到0.75°后改为慢速调节，因此需增加慢速调节输出点，增加开关量输出模块、继电器。
1.3.3 数字柜改造
为使α角数字柜控制精度能在0.75度内快速找到设定角度，需要在数字柜的直流调速装置上增加控制板，并重新定义内部组态。增加抱闸旁路电阻。
1.3.4 重新编制选程、数设程序及其对应的上位机画面
由于高炉上料原程序中采用的是984和IEC结合编程方式，在984编程方式中数据是以寄存器方式存在的，寄存器只支持0000-9999或双精度运算（双寄存器方式），而不支持小数，因此小数或余数必须存在另外的寄存器中，整数与小数分别占用两个寄存器，原程序中布矿角、布焦角均编制在一个寄存器中，用前两位和后两位分别表示，无法实现目前提出的两位半的要求，因此这段程序需要重新编制。由于原程序只有一套布料表，布料角度设置不灵活，无法在相邻角度之间自动布料，易导致堆尖或料种分部不合理的情况，因此在程序改造中增加一个布料表，并增加布料表选择功能，可根据实际炉况选择两个布料表周期性交替使用，达到改善料形的作用。
2.硬件改造过程实施
2.1 更换角度旋转编码器
原编码器供电为5VDC、采用10位BCD码，更换后的编码器供电为24VDC、采用14位BIN码，原有直流电源无法满足新编码器供电需求，原开关量模块输入点也不够，此次更改增加了24VDC开关电源、增加了开关量输入模块。 2.2 增加开关量输出点
由于原有α角控制精度为1°，精度较低，直流调速装置只设置了一种电机转速。提高α角精度后可对α角位置进行精细调节控制，因此增加了α角慢速输出，相应的需要增加慢速输出开关量点。
2.3 数字柜改造
直流调速装置增加了慢速输出，因此需给直流调速装置增加6RA70端子扩展板，并重新定义内部组态。增加抱闸旁路电阻。
3.软件改造过程实施
3.1 更改角度采集计算程序
增加14位BIN码转换10进制子程序，并根据要求精度进行转换。
3.2 更改角度设定程序
因LL984中不支持小数，原程序中角度只精确到1°，原程序中布矿角、布焦角均编制在一个寄存器中，用前两位和后两位分别表示。当精度提高后，一个寄存器只能存放一个角度的信息，因此相应的寄存器数量要增加一倍，每个寄存器独立的表示矿角、焦角。
3.3 更改HMI界面
原有界面显示的角度值为整数，提高精度后小数点部分在LL984中用寄存器的低位表示，在HMI中要想显示小数部分，则需在此进行运算，除去相应的倍数。另外，在角度设置方面也需进行更改，将矿、焦α角设定开度分开，用程序中更改后的对应地址表示，节流开度也同样对精度进行提升。
3.4 增加布料表2
由于原程序只有一套布料表，布料角度设置不灵活，无法在相邻角度之间自动布料，易导致堆尖或料种分部不合理的情况，因此在程序改造中增加一个布料表，并增加布料表选择功能，可根据实际炉况选择两个布料表周期性交替使用，此处增加了“布料表2”，将原布料表设置为“布料表1”，并设置了最多20步的布料周期，在每个周期内可根据炉况选择周期内每一批料选用“布料表1”或“布料表2”中任意一个，增强了布料灵活性，为进一步改善炉况、提高煤气利用率提供了保障手段。
4.总结
通过以上改造，使首秦一号高炉布料精度得到大幅提升，炉况得到有效改善。
生产工艺、操作精度的提高是生产环节降低成本的有效方式，同时也是当今节能减排大趋势下的重要环节。而达到这些要求提高自动化控制水平是正确的途径和手段。我们生产设备的精度和自动化水平还有待提高，与我们日益增长的工业产能之间还存在一定差距。我们在工作中要积极学习行业间的先进技术和理念，提高自己的业务水平，不断钻研思考，为企业的节能、减排、降耗、增效提供技术保障，提升企业核心竞争力。
参考文献：
[1]高炉无料钟炉顶布料规律探索与实践[J]. 钢铁 2006，41（5）.
[2]新型无料钟炉顶中小高炉的应用[J]. 机电产品开发与创新 2006，19（1）.
[3]安钢7号高炉无料钟炉顶改造和应用[J]. 河南冶金 2006，14（1）.
【关键词】高炉；多环布料；精度
0.前言
随着我国工业化进程的逐步推进，对钢铁需求的不断增长，使得我国的钢铁工业得以迅猛发展，钢铁产能已处于世界领先水平。但与国外钢铁企业相比，我国的钢铁生产成本高、冶炼效率及技术水平相对落后的现状已经成为制约我国钢铁行业发展的首要矛盾。如何提高冶炼效率，降低生产成本，提高产品的国际竞争力并满足当下节能减排要求，业已成为设备维护改造的首要任务。
首秦高炉布料系统采用当下广泛使用的无钟式炉顶溜槽布料系统，该系统有着密封性能好，可提高炉顶压力，从而提高冶炼强度；布料灵活，能比较准确地控制炉料在炉内的分布等优点。但由于首秦一号高炉投产较早，设备精度相对较低，导致布料角度及布料圈数难以准确控制，因而影响高炉料面分布，降低煤气利用率，从而影响料比，提高生产成本。
针对首秦高炉存在的上述缺点，利用首秦一号高炉中修的机会对首秦一号高炉进行了精度及布料方式的升级改造。
1.改造方案
1.1 现有系统介绍
如图1所示，首秦一号高炉角度采集通过角机将炉顶角度传送到过程站控制柜内，通过角机与编码器连接将角度信号送入开关量输入模块进行角度计算。
图1 角度传送方式
1.1.1节流阀工艺要求
节流阀在高炉布料中起着举足轻重的作用，它能控制料流速度，配合布料溜槽来进行有序的按要求布料，节流阀的开度直接影响布料的圈数。首秦高炉节流阀采用比例调节阀控制
1.1.2比例阀调节控制原理
比例阀又叫电液转换器，他与伺服阀不同，是输入模拟量信号，输出为开关量信号。高炉比例阀是双闭环控制调节系统，如图2所示，内环主要是以比例放大板和比例阀来完成，由阀心的位置反馈来调节阀位开度的大小。外环主要是以角机反馈的角度来检测阀的实际位置来达到控制阀的开关，最终达到所要求的阀位。
内环：比例放大板和比例阀-阀位反馈在比例放大板内部通过硬件实现内环PID调节。
外环：比例放大板和比例阀、油缸和插板、角度检测、PLC在PLC程序中实现外环PID调节控制。在PLC程序中从选程、数设中得到变化的设定值SP，通过内、外环PID调节使PV=SP，在行进中通过位置环反馈实现高速逼近低速定位。同时变换PID的比例积分参数，实现特性最优。
图2 比例阀控制原理
角度采集值与设定值进行比较、调节，当前使用节流阀的控制调节精度为±1°；α角采用直流电机，数字柜控制精度仅达到±1°；多环布料数据设置方面采用一个布料表，十组角度、圈数设置。
1.2 存在问题与不足
（1）节流控制精度过低，无法满足生产工艺需求；
（2）α角控制精度过低，无法满足生产工艺需求；
（3）布料表设置不灵活，相邻布料角度之间无法布料，易导致堆尖情况出现。
1.3 改进方案
由现有布料系统介绍及不足可以看出，上料系统节流及α角设备显然已陈旧、落后，与国内其他公司高炉上料系统精度控制方面存在很大差距。针对一号高炉上料系统存在的上述问题，从硬件、软件方面进行如下改造，提高控制精度、增加布料角度设置灵活性。
1.3.1 角度采集部分硬件改造
α角、节流角度的量程为0到90°。α角炉顶采用1：4变速箱，因此编码器旋转一周对应的α角角度范围为0到90°；节流采用1：1方式，节流角度范围为0到90°。现有系统一弧度对应4个机器码，分辨率很低，旋转编码器需要从10位BCD码（精度：机器码0-360对应小变速箱0-360弧度）提高到14位BIN码（精度：机器码0-16384对应小变速箱0-360弧度）。改后系统一弧度对应45.5个机器码，分辨率有了很大提高。改造后节流角度精度提高到±0.1°、α角角度精度提高到±0.25°。 由于采用的14位BIN码编码器与原编码器工作电压、进机点数量均有变化，因此需要对编码器供电、开关量输入模块进行更换。
1.3.2 输出控制部分硬件改造
α角精度提高后，当角度接近到0.75°后改为慢速调节，因此需增加慢速调节输出点，增加开关量输出模块、继电器。
1.3.3 数字柜改造
为使α角数字柜控制精度能在0.75度内快速找到设定角度，需要在数字柜的直流调速装置上增加控制板，并重新定义内部组态。增加抱闸旁路电阻。
1.3.4 重新编制选程、数设程序及其对应的上位机画面
由于高炉上料原程序中采用的是984和IEC结合编程方式，在984编程方式中数据是以寄存器方式存在的，寄存器只支持0000-9999或双精度运算（双寄存器方式），而不支持小数，因此小数或余数必须存在另外的寄存器中，整数与小数分别占用两个寄存器，原程序中布矿角、布焦角均编制在一个寄存器中，用前两位和后两位分别表示，无法实现目前提出的两位半的要求，因此这段程序需要重新编制。由于原程序只有一套布料表，布料角度设置不灵活，无法在相邻角度之间自动布料，易导致堆尖或料种分部不合理的情况，因此在程序改造中增加一个布料表，并增加布料表选择功能，可根据实际炉况选择两个布料表周期性交替使用，达到改善料形的作用。
2.硬件改造过程实施
2.1 更换角度旋转编码器
原编码器供电为5VDC、采用10位BCD码，更换后的编码器供电为24VDC、采用14位BIN码，原有直流电源无法满足新编码器供电需求，原开关量模块输入点也不够，此次更改增加了24VDC开关电源、增加了开关量输入模块。 2.2 增加开关量输出点
由于原有α角控制精度为1°，精度较低，直流调速装置只设置了一种电机转速。提高α角精度后可对α角位置进行精细调节控制，因此增加了α角慢速输出，相应的需要增加慢速输出开关量点。
2.3 数字柜改造
直流调速装置增加了慢速输出，因此需给直流调速装置增加6RA70端子扩展板，并重新定义内部组态。增加抱闸旁路电阻。
3.软件改造过程实施
3.1 更改角度采集计算程序
增加14位BIN码转换10进制子程序，并根据要求精度进行转换。
3.2 更改角度设定程序
因LL984中不支持小数，原程序中角度只精确到1°，原程序中布矿角、布焦角均编制在一个寄存器中，用前两位和后两位分别表示。当精度提高后，一个寄存器只能存放一个角度的信息，因此相应的寄存器数量要增加一倍，每个寄存器独立的表示矿角、焦角。
3.3 更改HMI界面
原有界面显示的角度值为整数，提高精度后小数点部分在LL984中用寄存器的低位表示，在HMI中要想显示小数部分，则需在此进行运算，除去相应的倍数。另外，在角度设置方面也需进行更改，将矿、焦α角设定开度分开，用程序中更改后的对应地址表示，节流开度也同样对精度进行提升。
3.4 增加布料表2
由于原程序只有一套布料表，布料角度设置不灵活，无法在相邻角度之间自动布料，易导致堆尖或料种分部不合理的情况，因此在程序改造中增加一个布料表，并增加布料表选择功能，可根据实际炉况选择两个布料表周期性交替使用，此处增加了“布料表2”，将原布料表设置为“布料表1”，并设置了最多20步的布料周期，在每个周期内可根据炉况选择周期内每一批料选用“布料表1”或“布料表2”中任意一个，增强了布料灵活性，为进一步改善炉况、提高煤气利用率提供了保障手段。
4.总结
通过以上改造，使首秦一号高炉布料精度得到大幅提升，炉况得到有效改善。
生产工艺、操作精度的提高是生产环节降低成本的有效方式，同时也是当今节能减排大趋势下的重要环节。而达到这些要求提高自动化控制水平是正确的途径和手段。我们生产设备的精度和自动化水平还有待提高，与我们日益增长的工业产能之间还存在一定差距。我们在工作中要积极学习行业间的先进技术和理念，提高自己的业务水平，不断钻研思考，为企业的节能、减排、降耗、增效提供技术保障，提升企业核心竞争力。
参考文献：
[1]高炉无料钟炉顶布料规律探索与实践[J]. 钢铁 2006，41（5）.
[2]新型无料钟炉顶中小高炉的应用[J]. 机电产品开发与创新 2006，19（1）.
[3]安钢7号高炉无料钟炉顶改造和应用[J]. 河南冶金 2006，14（1）.