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Quantum PLC在熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1引言

　　熱風(fēng)爐是給高爐提供熱風(fēng)的煉鐵設(shè)備。在燃燒期，熱風(fēng)爐燃燒高爐煤氣，產(chǎn)生的廢氣流經(jīng)蓄熱室，使蓄熱室的格子磚蓄熱。在送風(fēng)期，冷風(fēng)反向流經(jīng)蓄熱室被加熱后送往高爐，為高爐提供連續(xù)的、適宜溫度的熱風(fēng)，以提高冶煉強(qiáng)度，降低焦比，達(dá)到高爐節(jié)能降耗的目的。由于種種原因，相當(dāng)多的熱風(fēng)爐控制落后，運(yùn)行狀況并不令人滿意，有的甚至是手動(dòng)控制。操作者通常依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)煤氣量和空氣量以控制熱風(fēng)爐拱頂溫度和廢氣溫度，通入其中的空氣和燃?xì)夂茈y恰到好處。由于控制不當(dāng)，送風(fēng)溫度一直偏低，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，影響高爐的冶煉。熱風(fēng)爐采用自動(dòng)控制，可以降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在一定的程度上起到了降低能耗，提高風(fēng)溫的作用。

2熱風(fēng)爐的工藝概述

　　熱風(fēng)爐有燃燒、燜爐、送風(fēng)三種狀態(tài)，按燃燒、送風(fēng)的周期循環(huán)工作。其過程為：熱風(fēng)閥、冷風(fēng)閥關(guān)閉，煙道閥和助燃空氣、煤氣切斷閥，調(diào)節(jié)閥打開時(shí)為燃燒狀態(tài)。此時(shí)助燃空氣和煤氣按空燃比混合，在熱風(fēng)爐頂部燃燒，高溫?zé)煔鈴纳舷蛳陆?jīng)過球床體，將熱量存儲(chǔ)在熱風(fēng)爐內(nèi)。當(dāng)拱頂和煙道溫度達(dá)到設(shè)定值，蓄熱室儲(chǔ)存足夠熱量，關(guān)閉煤氣、助燃空氣的調(diào)節(jié)閥、切斷閥，關(guān)閉煙道閥，熱風(fēng)爐處于燜爐狀態(tài)，等待送風(fēng)。需要熱風(fēng)爐送風(fēng)時(shí)，先打開冷風(fēng)均壓閥使冷風(fēng)閥兩端的差壓減小，再打開冷風(fēng)閥和熱風(fēng)閥，關(guān)閉冷風(fēng)均壓閥，熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)。此時(shí)，冷風(fēng)從下向上經(jīng)過熱風(fēng)爐球床體，被加熱成溫度略低于拱頂?shù)臒犸L(fēng)，將儲(chǔ)存于熱風(fēng)爐內(nèi)的熱量送往高爐。隨著送風(fēng)時(shí)間的延長，風(fēng)溫逐漸下降，熱風(fēng)爐再轉(zhuǎn)入燃燒狀態(tài)，循環(huán)工作。

　　新1#高爐配備3座熱風(fēng)爐，設(shè)置有“兩燒一送”、“一燒兩送”（正常工作）、“一燒一送”（非正常）三種送風(fēng)制度，由操作人員根據(jù)高爐送風(fēng)需要選取。3座熱風(fēng)爐根據(jù)送風(fēng)制度，遵循拱頂和煙道溫度先達(dá)到設(shè)定值的熱風(fēng)爐先送風(fēng)的優(yōu)選原則，交替燃燒、送風(fēng)，向高爐連續(xù)供風(fēng)。除高爐休風(fēng)外，系統(tǒng)中應(yīng)至少有1座熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分工程師/操作員站、plc控制站2級(jí)，網(wǎng)絡(luò)分上層管理網(wǎng)、下層控制網(wǎng)2層，見圖1。上層管理網(wǎng)連接plc控制站和操作員/工程師站，符合tcp/ip協(xié)議，通信速率100mb/s，介質(zhì)為雙絞線。plc控制站通過140 noe 771 01以太網(wǎng)適配器與路由器連接，操作員/工程師站為工控機(jī)，通過網(wǎng)卡與路由器連接。plc控制站由四個(gè)機(jī)架組成，其中機(jī)架1為主站，其余3個(gè)機(jī)架為分站。主站和分站之間通過rio處理器接口，rio分支器以及f接頭進(jìn)行連接。采用該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式具有安裝靈活、性價(jià)比高的特點(diǎn)。工程師/操作員站使用schneider編程軟件concept和ifix監(jiān)控軟件完成plc的控制邏輯和人機(jī)界面的組態(tài)。熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)配備2臺(tái)操作員站，互為備用，接收plc控制站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，顯示熱風(fēng)爐生產(chǎn)過程的流程圖、設(shè)備運(yùn)行狀況和過程參數(shù)值；提供過程量設(shè)定值和控制參數(shù)的設(shè)定、修改畫面；顯示實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)并形成歷史數(shù)據(jù)庫；顯示設(shè)備故障和控制系統(tǒng)自身故障的報(bào)警畫面；實(shí)現(xiàn)報(bào)表的生成和打印。另外，系統(tǒng)配備了脫離自動(dòng)化控制系統(tǒng)的操作臺(tái)，并將關(guān)鍵的工藝參數(shù)用二次儀表加以顯示，以便在控制系統(tǒng)的非正常狀態(tài)時(shí)進(jìn)行手動(dòng)操作，避免控制系統(tǒng)故障帶來的損失。

　　3.2系統(tǒng)控制功能設(shè)計(jì)

　　熱風(fēng)爐主要是為高爐提供穩(wěn)定高溫的熱風(fēng)，主要檢測項(xiàng)目有拱頂溫度、廢氣溫度、換熱器助燃風(fēng)出/入口溫度、換熱器廢氣入/出口溫度、煤氣和助燃風(fēng)壓力、流量、冷卻水壓力、流量等。控測信號(hào)進(jìn)入plc后進(jìn)行線性化計(jì)算，氣體流量溫度與壓力補(bǔ)正，并在操作員/工程師站上顯示所有數(shù)據(jù)。

　　（1）順序控制。plc控制站檢測各熱風(fēng)爐的閥門位置和拱頂溫度等參數(shù)，分析熱風(fēng)爐狀態(tài)，根據(jù)送風(fēng)制度和送風(fēng)優(yōu)選原則，向熱風(fēng)爐發(fā)出送風(fēng)、燜爐、燃燒的指令，使閥門按規(guī)定的順序和連鎖要求動(dòng)作，完成熱風(fēng)爐的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和熱風(fēng)爐之間的送風(fēng)切換，實(shí)現(xiàn)向高爐連續(xù)送風(fēng)的目的。此外，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護(hù)，保證熱風(fēng)爐安全生產(chǎn)。