石灰炉在线监测及炉况诊断系统的开发与应用

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高炉自动化控制系统应用和技术创新

作者：顾严

来源：《数字技术与应用》2012年第12期

摘要：本文概述了ControlLogix控制系统在高炉控制系统中的配置和应用，同时简要介绍了对高炉控制系统的一些创新。

关键词：控制系统 高炉 PLC

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0002-01

1、背景

随着高炉生产规模的扩大，高度集中化的生产工艺，要求对生产过程全面控制和科学管理，对控制系统的监控和管理功能提出了很高的要求。目前国内外工业控制系统应用中多以生产过程自动化，即生产设备控制、生产过程控制以及实时监控三个方面为主，在高炉自动化控制方面，国内外对控制设备的选用主要有DCS控制系统、PLC控制系统、DCS和PLC结合的控制系统等几种方式。

为实现高炉生产过程的全自动控制，我们从硬件和软件两方面进行了认真分析、比较，筛选确定出最适合高炉实际的控制方案。最后确定控制系统硬件采用AB公司的ControlLogix控制系统， ControlLogix控制系统是一个先进的控制平台，它集成了多种控制功能以及最新的I/O技术。网络采用5M高速ControlNet冗余网络进行数据交换与通讯。网络结构采用主网，子网双层结构，这种结构保证了系统的实时性和可靠性。

2、系统配置

经过以上考察分析，最后确定高炉控制系统由基础控制级、管理控制级和通讯软件构成。

2.1 基础控制级

采用美国Allen-Bradley 公司的生产的ControlLogix控制设备，每个系统设计成主网与子网结构，每个系统都由冗余的ControlNet主网和冗余的ControlNet子网组成，每个系统由冗余的处理器、和冗余的监控站组成。从而提高了控制系统的可靠性。

嘲的蒹统集成与王厂德崽能　｛　ｆｌ■Ｔ一＿ｌ　大型高炉控制系统　成功开发　应用“透明工厂＂理念　陈辉倪守生严莉张海生　姜键词．挢明工广高炉网络拓ｔｌ，　陈辉先生　济钢规划设计院电气科工程师：　编者按：“透明工厂”理念是近年自动化控制领域新提出　倪哥生先生　两　工桎帅：，Ｉ‘剌　士一明埋　的控制观念．该观念是针对一个大中型的生产过程．通过网　工程师：张海生先生・助理工程师。　络架构，ＰＬＣ控制器、智能仪表等控制设备。使各个工艺过　靼下世；ｒ昔　喝一小右士ｎ　救持｛玄持互搪蜘　诳岳披田　一丽披拓士ｌ、让蝴　……’’　…。’’　一。。。～’’’’一’　’　。。。一ｉ●　…ｉ…　工　盥任　Ｌｌ—ＭＩ　Ｊ　Ｊ胖、卓坦骨¨＊　．１Ｆ，　到工厂日　同慢　一疋皿帅上Ｊ　垃心　几疋口，Ｊ＾　Ｊ　ｕ　透明化，开放化．从而大大减少系统集成的工作量．降低了车间操作人员和调度员的　关键。设计中我们采用环形和放射形组　劳动强度．提高了企业现代化管理的水平。　网结合的原则．对高炉生产影响指数　高　卜下　棍侍揄量六　工　环节联系紧　密的子站，采用冗余的环形组网　对辅　一桶｝诛　进行通信，通信协议完全开放，向上挂　助系统，下行数据量小的系统．采用放　总公司主干网　可实现与ＭＥＳ（制造执行　射形组网方式。同时　为了最大限度地　济钢新近投产的３＃１　７５０ｍ。高炉　系统）和ＥＲＰ（企业资源计划）无缝连接　使系统　透明化”，一些具备ｂ－］络功能的　Ｔ程的自动化系统开发就是本　．　智能仪表、控制器和其他厂家的ＰＬＣ．　着　透明工厂　的理念，基于ＡＢ　１００。Ｍ　ＥＩｈ。　ｌ　Ｉ送入Ｌ３或ＥＲＰ系统　也通过相应的通信模板上挂以太网。信　控制系统开发完成的。该项目　ｌ　息的集散统一在炉顶ＰＬＣ安装的ＰｒｏＳｏｆｔ　蠹　竺委霎　。　”　统　以　系列　Ｉ　ｌ　ｌＩ　Ｄｉｓｋ　ｌＩ　ｌ　Ｉ　等处理器．１作７５６ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ　ＰＬＣ　Ａ　ｒｒａｙ　Ｍｏｄｉｃｏｎ　为最新的实时控　为核心．监控软件ＲｓＶｉｅｗ　ＳＥ　制条件输入。　为实时监控系统完成电气传动　ｌ　１００Ｍ　Ｅｔｈｅｒｎｅｌ　控制、仪表过程控制　使用ｂ－］　。．［二：：＝　三茸　１４１，１，１抛，；ＪＬ白ＩＩ￣ｔｔｌ层（Ｌ１级）完成的　络技术构成基于控制器的分布‘　ｉ菌丑路由器　一主要功能一　一　一…～　吉樟制系垒齐　监控站采用客芦Ｌ—］　机（ＣＩｌｅｎｔ）／服务器（Ｓｅｒｖｅｒ）结　Ｅ，■—亡＝］　１　００　Ｍ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　（１）矿槽部分：包括对矿石系统、焦　ｌ　ｌ　ｌ【．．．．．．．．．．．．．．．．一　构。二级为过程计算机系统，　…　岛　炭系统、焦丁系统及上料主皮带电气设　采用客户机／服务器结构，实　备的控制，完成高炉的供配料（料批周　硼幛蚌纳Ｔ　拮来象　、＋苜　期程Ｉ蕈　堂精　终席　嘉干　ｊ５呈Ｉ聿　矿　等。一级和二级之间通过网络　济钶Ｊ寄炉对程计革机襄统配重简母　石系统供配料程序　焦炭供料程序）：　ＩＩＡ　ＶｏＩ．１０　Ｎｏ．４　维普资讯 大型高炉控制系统成功开发、应用“透明工厂”理念　（２）炉顶部分：对炉顶布料系统及　有关部分的检测与控制：炉顶打水系统：　炉顶气密箱及罐压控制系统：多环布　料、炉顶料罐及上料系统检测与控制：　炉顶液压站、调节阀液压站、干油站、稀　油站：探尺直流控制：　（３）炉身部分：自动控制、调节炉顶　压力，控制高炉的出铁质量：　（４）冷却壁部分：控制高炉冷却水．　保护高炉本体。控制膨胀罐压力　自动　补水．控制膨胀罐液位在正常范围　同　时有事故补水系统：　（５）热风炉部分：　包括３座热风炉　和一座液压站．实现了热风炉换炉、燃　烧、送风、自动寻优等功能：　（６）原燃料系统：原燃料计量、球　团供料、烧结供料、生矿供料、焦炭供　料：　（７）水处理系统：软水系统、净水循　环系统、炉役后期供水泵站。　四过程控制层完成的主要功能　过程控制层主要完成过程数据的　收集、过程监视、原燃料管理、专家系　统数学模型、生产操作指导、数据通信、　历史数据存储和处理、报表打印等功　能。　１．过程数据的收集　该系统通过网络接收来自基础自动　化系统的过程数据，包括原燃料数据、　上料数据、炉顶数据、炉内　台炼数据、　煤粉喷吹数据、出铁数据等。有些数据　不能自动获取或通信故障时，操作员可　在操作站上人工输入到该系统中。　２．过程监视　过程监视是基于收集到的过程数据　完成的。包括原燃料装料数据、炉顶温　度与压力数据、炉顶煤气数据、炉体各　部温度数据、炉体各部冷却水流量数据、　喷煤数据、出铁场渣铁数据、冲渣数据、　热风炉系统过程数据。　３．原燃料管理　系统集成与工厂信息化　（４）系统数据库：在线数据库、历　史数据库、　台炼知识数据库。　（５）高炉异常炉况报告：包括滑料、　压力损失、渣皮脱落、料面倾斜、炉温　波动、料线过低、炉缸状态、煤气利用　

２０ｏ８年秋季增刊　昆钢科技　ＫｕｎｇａｎｇＫｅｊｉ　２００８年ｌ１月　

计算机专家系统在昆钢２ＯＯＯｍ３高炉的应用　

谢伟　

（炼铁厂）　

摘要通过对昆钢６号高炉计算机专家系统组成结构、开发使用过程的分析，提出看法和意见，认为该　系统的开发内容、使用维护上应不断更新、补充完善，才能最大限度地发挥作用。　关键词６号高炉　专家系统　

ｌ　引　言　

从控制的角度而言，高炉生产是一种多变量、　

大滞后、非线性的生产系统，它是一个巨大的对　

流式、高温、高压、密封的反应容器。　

由于高炉生产是处于高温冶金过程，工艺复　

杂，数据信息量大，多个工艺参数相互联系又相　

互制约，影响因素非常多，为了最大限度地发挥　

生产潜力，提高效率，降低消耗，必须对过程的　

各变量进行综合考虑。在传统的操作模式下，依　

靠有经验的操作人员对高炉过程进行分析、判断，　

以维持高炉生产的正常进行，因此，如何减少操　

作人员的劳动强度，减少人为漏判、错判的次数，　

以及怎样保持高炉平稳操作就成了炼铁工作者不　

断研究的课题；要想准确把握高炉过程，就应准　确、及时、全面地了解高炉冶炼过程正在发生什　

么，并根据各种信息准确判断出高炉即将发生什　

么，迅速采取必要的手段进行调控。实现这一目　

标，仅依靠人为经验和传统的统计分析方法是难　

以达到的，而计算机及信息技术的发展为实现这　

个目标提供了一个强有力的手段，目前计算机技　术、信息技术、控制理论在高炉炼铁中已得到广　

泛应用，而以数学模型和专家系统为标志的高炉　

炉况诊断及预报、决策系统的成功应用，则是高　

炉操作控制水平跃上新台阶的重要标志。　２　昆钢６号高炉计算机专家系统现状　

２．１开发及应用　

昆钢６号高炉于１９９８年１２月建成投产，炉容　

２ｏ００立方米，采用霍尼韦尔公司ＤＣｓ和ＧＥ公司　

ＰＬＣ完成基础自动化控制，当时由于资金、技术、　

工期要求等多方面的原因，没有引进国外先进、　

成熟的高炉数学模型及专家系统。２ｏ０１年，昆钢　

高炉热风炉智能燃烧控制系统开发与应用

热风炉操作的智能燃烧系统计算机控制具有提高风温，节约煤气，热风炉寿命长、减排低碳环保和操作稳定等优点。工业试验表明：通常情况下，采用智能控制燃烧系统可提高风温10℃以上，节约煤气2.6-5.0%。

标签：燃烧控制；自动化；热风炉

引言

钢铁工业是国家最重要的材料和基础工业，担负着国民经济高速发展和国防安全所需钢铁材料的生产重任。随着当前铁矿石和焦炭价格的飙升，炼铁原燃料消耗所占炼铁制造成本大幅度地增长，高炉热风温度和喷煤工序的降耗作用愈加突显。提高热风温度和节约煤气资源实现循环经济不再是工艺技术的“细节”问题，已转化成为提升钢铁企业核心竞争力的主角。为了应对炼铁工序高成本的压力和进一步研究探讨未来我国炼铁工作的发展方向，全国炼铁企业关注节能减排新工艺、新技术，并实际应用于降低成本、降低工序能耗和环境友好，实现我国炼铁生产可持续发展。

丹东屹欣高炉热风炉智能控制燃烧系统目的在于实现钢厂炼铁高炉热风炉提高风温、缩短烧炉有效时间，平稳烧炉过程温度的高低波动、节约燃气、减少残氧排放量以实现低碳生产、延长热风炉的使用寿命、减轻操作人员劳动强度等功能及指标。旨在对现有钢厂的高炉热风炉燃烧系统进行控制技术优化并提升企业设备的技术功能和操作稳定等优点，已成为降低成本和增加经济效益的深受欢迎的项目之一。该技术已成功的运用在国内诸多钢铁企业中。

1 高炉热风炉智能控制燃烧系统技术开发与特点

高炉热风炉智能控制燃烧系统技术是改造现有高炉热风炉的烧炉方式，采用外加一套智能控制燃烧系统来实现烧炉过程的自动化。从而达到提高风温、节约煤气以及自动烧炉的目的。

1.1 系统设计及技术方法

高炉热风炉智能控制燃烧系统包括测量单元、调节单元和执行单元三个部分。测量单元和执行单元即为现场仪表和模拟量输出调节控制的现场执行器。调节单元指本系统的优化调节，将神经网络、模糊技术和遗传算法三大信息科技有机的集合起来。本系统硬件的高可靠性和软件的灵活性相结合，再在分析上控制对象的基础上采用智能协调解耦控制方案实现了模糊规则的在线修改和隶属函数的自动更新，使模糊控制具有自学习和适应能力，在控制上保证了系统稳定的工作在工艺要求范围内。