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    高爐控制系統主要包含高爐本體控制、給料和配料控制、熱風爐控制，以及除塵系統控制等。高爐煉鐵自動化控制系統就是保證煉鐵生產過程的連續性和實時監控性，進而保證高爐操作的四個主要問題：正確配料并以一定的順序及時裝入爐內、控制爐料均勻下降、調節爐料分布及保持其與熱煤氣流的良好接觸、保持高爐整體有合適的熱狀態。

    高爐自動化控制系統具有組成設備多、位置分散、設備間聯鎖關系強、設備運行環境惡劣、安全性可靠性要求高等方面特點，基于和利時公司HOLLiAS LK系列PLC的高爐控制系統，在考慮高爐煉鐵系統特點和要求的基礎上，充分利用了LK PLC可靠性高、性能優異、功能豐富、擴展性好、易于使用等方面的優勢，給出了針對性強和個性化的解決方案。

    系統設計

    高爐控制是集機械、電氣控制和計算機應用為一體的技術，采用以和利時公司HOLLiAS LK系列PLC為核心的，集中與分散相結合的自動化控制系統，系統由1個中央控制室和上料系統、高爐本體、熱風爐、除塵等四個控制站組成，通過高速100Mbps光纖工業以太網進行數據通信，自動化過程監控系統的布局及網絡結構如圖1。料批控制程序及選倉配料控制、料流調節閥開度控制及溜槽傾動和轉動控制為重點；料車卷揚、探尺卷揚、布料器傾動上料系統、熱風、布袋除塵，既要滿足基本工藝要求，還要滿足設計提出的工藝要求。

    為保證各工藝過程的安全運行，各控制站采用LK冗余系統，支持電源冗余、CPU冗余、總線冗余，所有模塊均支持帶電插拔，使系統的安全性、可靠性大大提高。

       

                            圖1  高爐自動化控制系統示意圖

    在中央控制室中設2個操作員站和1個工程師站。一個為主操作員站用來顯示高爐原料監視操作屏和高爐上料監視操作屏；另一個站主要用來顯示生產操作技術參數、區域圖、曲線圖等畫面，兩者也可互為備用。操作人員通過觀察計算機監控屏的顯示及工作狀態，控制各種設備。工程師站具有對各系統進行組態權和運行權，可以進行料制的設定，當前料車的車次、周期、程序信息的顯示，生產工藝過程的顯示，程序打印等功能。

    另外，為了適應工藝操作，在各控制站設槽下及上料操作站、高爐本體操作站、熱風爐操作站和布袋除塵操作站。所有的數字量輸出點都采用繼電器與外部設備進行電氣隔離，模擬量輸入輸出信號都采用帶光電隔離的模塊。

    通信網絡

    整個自動化系統由二級控制系統和二層通訊網絡構成。保證系統的完整性、合理性、確保系統自動運行。

    工業以太網：高爐四個控制站都可以獨立完成各自的任務，根據生產工藝的需要，將各自獨立的控制站、操作站與中央控制室的操作站和工程師站之間采用高速工業以太網，做到資源共享，互調數據、畫面等，構成完整的過程監控系統，通信速率為100Mbps，傳輸介質為光纖；

    PROFIBUS-DP現場總線：各控制站PLC主站與各自的遠程I/O站通過PROFIBUS-DP現場總線進行數據通信，通信速率為1.5Mbps，傳輸介質為屏蔽雙絞線。

    操作方式

    全線操作系統由操作站、操作臺構成。操作站實現集中手動、自動控制，主要用于工藝和電氣參數的設定、運行方式的選擇、開爐前后的一般操作，包括自動、軟手動實現現場各電控設備的控制。操作臺主要用于手動操作和在自動方式下實施人工干預。

    系統功能

    本系統是一個集順序控制、過程控制、數據采集、工況監視、數據管理為一體的計算機控制管理系統。對電動機、閥門等以及成套機電設備的開關量控制，包括分組聯鎖起動、分組聯鎖關機、組內自動聯鎖控制、組內單步聯鎖控制、系統單步調試；過程控制數據的采集和處理（包括開關量和模擬量）；完善的報警功能。開關量和模擬量報警的顯示、確認、記錄和打印；動態顯示工藝流程圖畫面，各畫面之間可以自由切換；歷史曲線圖、實時曲線圖、電氣儀表圖和棒形圖顯示和打印。

    按照功能和結構劃分，高爐系統分為四個分系統：槽下及上料控制系統、高爐本體系統、熱風爐系統和除塵控制系統。下面分別具體介紹每個部分的控制功能：

    槽下及上料控制系統

    原料準備系統主要對各個料倉系統的給料機、振動篩、皮帶機等設備進行控制；上料系統主要對主卷揚電氣設備、2套探尺裝置進行控制；爐頂布料系統主要對旋轉布料器的傾動及旋轉、柱塞閥 、上密閥、下密閥等進行控制；它們均設有相應的機旁操作箱。 

                     

    高爐本體系統

    高爐過程檢測和控制的主要項目可分為，監視爐內反應、穩定高爐操作、保護爐體及人身安全等幾類，因此高爐檢測儀表及控制系統的選擇十分重要，它直接關系到高爐的正常生產，爐體維護及設備保護。

       

    熱風爐系統

    一般高爐都配有三座熱風爐，每座熱風爐工作周期包括燃燒、送風、換爐三個過程，在每一循環內，熱風爐爐內溫度有周期性變化。隨著送風時間的延長，風溫逐漸降低。縮短送風時間，可提高風溫水平，也隨之縮短了燃燒時間。所以，在一定條件下應有一個合適的熱風爐工作周期。合適的送風時間最終取決于保證熱風爐獲得足夠的溫度水平（表現為拱頂溫度）和蓄熱量（表現為廢氣溫度）所必要的燃燒時間，因此，合理地設置熱風爐燃燒制度（燃燒控制系統）和送風制度（換爐控制系統）是充分發揮熱風爐控制系統的潛力來滿足工藝要求（增加蓄熱能力、提高風溫），保證熱風爐設備安全，提高熱效率、降低能耗的關鍵所在。

        

    除塵系統功能

    高爐煤氣除塵設施是高爐的配套設施，是高爐生產中的重要環節，其工作目的是凈化高爐煤氣，提高煤氣質量，為使高爐煤氣得到充分利用創造條件。高爐煤氣經重力除塵器粗除塵后，溫度在80-300℃范圍內，直接進入布袋除主箱體進行過濾凈化，凈化后的煤氣通過調壓供各用戶使用。如果煤氣溫度低于80℃，或高于300℃，則由重力除塵器放散，不進入布袋除塵主箱體。

         

    系統特點

    基于和利時公司HOLLiAS LK PLC的高爐自動化控制系統，采用冗余的以太網絡、PROFIBUS-DP總線網絡將中心控制室計算機和PLC系統主站、PLC系統主站與遠程I/O分站聯系起來，構成一個分布式的控制系統，具體特點如下：

    完善、強大的功能

    支持冗余CPU配置，功能更強、速度更快。同時，配有品種齊全的功能模塊，充分滿足用戶各種類型的現場需求。即使在惡劣、不穩定的工業環境下，依然可正常工作；無風扇設計提高了系統的可靠性；在運行過程中，模塊可進行帶電熱插拔。

    冗余解決方案

    高爐程控系統設計為冗余配置，包括電源冗余、CPU冗余、以太網絡冗余、PROFIBUS-DP總線網絡冗余，無論那個環節出現故障都不會造成系統停車，這樣就最大限度地保證了系統的可靠性和安全性。

    集中管理、分散控制

    高爐控制系統設計為主站/遠程I/O從站的網絡結構，由系統主站統一管理系統內的設備，遠程I/O分站只負責數據采集與設備驅動。這樣的系統結構既滿足了系統設備間聯鎖關系強的要求，又滿足了系統設備位置分散的要求。

    開放性

    高爐程控系統設計為一個開放的系統，工業以太網、PROFIBUS-DP總線網絡是目前應用最廣泛和開放性最好的工業通訊網絡，系統軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API編程接口，可以方便地進行系統擴展或與全廠輔控網、MIS和其他子系統進行無縫連接。