高炉上料自动控制系统中几个关键环节的设计

摘要：高炉上料过程必须做到及时、准确，操作灵活，靠人工操作已不能满足生产需要，自控系统成为高炉生产中不可缺少的环节，因此，必须高度重视高炉自控系统的设计工作。

关键词：自控系统；布线；配料；环形布料；定点布料；扇形布料；料制参数

Abstract: The blast furnace process must be done timely, accurate, flexible operation, can no longer rely on manual operations to meet production needs, the automatic control system to become an indispensable component in the blast furnace production, therefore, we must attach great importance to the design of the blast furnace automation system.

Key words: automatic control system; wiring; ingredients; circular fabric; the sentinel fabric; fan-shaped cloth; material system parameters

中图分类号：TB486+.3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

高炉上料是炼铁生产中非常重要的环节，是衔接上、下游生产工序的纽带，且控制工艺复杂，实时性要求高，一旦出现问题，将给炼铁生产造成严重影响，甚至休风停产。因此，必须设计好高炉上料系统的自动控制方案，并且结合生产工艺，优化控制细节。下面针对中小型高炉常见的上料控制工艺进行分析，对一些细节问题进行阐述，以供设计人员参考。

一、硬件设计：

1.控制器

因上料系统控制过程复杂，对数据计算处理能力、网络功能、扩展性等要求较高，所以应尽量选择成熟的高性能控制器，如西门子S7-400系列。

2.电源

电源在电气、自控系统中非常关键，一旦运行过程中电源系统出现异常，控制系统将面临瘫痪。电源进线应保证电压稳定、供电可靠，并且应设置备用UPS电源，在进线电源出现问题时，能无扰动的切换到备用UPS电源，使控制系统连续、可靠运转。

3.接地

高炉生产车间设备多、功率高、电磁辐射大，会对控制系统产生较大的电磁干扰，也可能在柜壳形成悬浮静电，使控制系统误动作甚至失效，因此，自动控制系统必须可靠接地。但必须注意，控制系统必须单独埋设接地极，不能直接与电气系统使用同一接地极，否则，不仅不利于排除干扰，电气系统的接地故障还会给控制系统造成更大的危害。

4.布线、接线

布线时应注意强弱电分开走线，尽量避免交叉，如必须交叉走线，应尽可能垂直交叉，避免平行走线。接线必须接实，防止发生接触不良的情况，影响信号的正常传输。电缆屏蔽层应可靠接地，以减弱电磁干扰。

5.控制柜的布置

控制柜内部元器件应注意保持合理的间距，以利于散热，含有较多发热元件的控制柜应设置通风孔和排气扇，但应注意设置防尘罩，以避免通风的同时带入大量灰尘。控制柜与其他设备，主要是高压、大功率设备应保持一定距离，以远离外界电磁辐射。

二、配料部分控制要点：

各料斗首先按照设定重量进行备料，因每次通过振筛振料存在一定误差，所以需要通过程序计算，每次备料时对上一次的备料误差进行补偿（即上次多备，本次少备；上次少备，本次多备），但如果误差较大，也不可每次补偿重量过大，以免使炉况变化波动过大。

要放料的料斗如果处在同一皮带之上，料斗备料完毕后，应按照设定顺序，依次打开料斗门向皮带放料，否则料流堆积，可能会溢出皮带。

然而，现在的高炉大部分都是双皮带备料，当要放料的料斗不在同一皮带之上时，仍然按照设定顺序，依次打开料斗门放料就变得不合时宜了，可在程序中设定，让它们同时打开料斗门放料，以加快备料速度。这就对程序设计人员提出了更高的要求，因为需要当次放料的料斗可能不只两个，要想达到最快的备料速度，就不能按照常规顺序靠指针逐一检测，而应该将当次需放料的料斗全部检测一遍，在程序中标识出每个料斗对应的皮带，合理搭配，优化放料顺序。下面举例说明：

图1

假设当前需要放料的料斗为1#、2#、4#、6#，应该通过程序判断，先打开2#、4#料斗门放料，2#斗放料结束后打开1#斗，4#斗放料结束后打开6#斗。

编制程序时，可将料斗号作为判断依据，根据料斗号确定该料斗位于哪条皮带上方，距离中间斗远近，先放近的、后放远的，防止料流在皮带上堆积。

三、卷扬料车控制要点：

卷扬料车重量大、又处于高空路轨上，危险性较高，因此必须保证安全，应平稳启停。早期的速度控制通过串电阻调速，虽然能够实现速度分段控制，但仍然有各段速度跳跃性较大的问题，当前基本都采用变频控制。

使用变频器控制料车速度，启动时，靠变频器设置加速时间，自由加速至最大速度；停车时，靠主令控制器检测位置，在接近炉顶时设置减速点，一般设置两级减速即可。需要注意的是主令控制器的选择，应选择无触点型主令控制器，或者使用绝对值编码器。

在控制料车时，应注意当料车上行经过减速点后，如未正常减速，应发出指令，使料车立即停车，否则可能发生冲顶事故。

正常情况下，在启动料车前，应检测中间斗是否关闭，炉顶上密封阀和上挡料阀是否关闭。但是有时候为了赶料线，提高上料速度，可以在上密封阀和上挡料阀还未关到位时，就启动料车，但需要在低速位置（接近炉顶），检测上密封阀和上挡料阀，如仍未关闭，需停车等待，直到这两个阀门关到位才能继续启动料车上料。

四、炉顶布料控制要点：

物料进入炉顶受料斗后，要放入料罐中才能进行布料。此过程必须保证

采用无料钟型炉顶的中小型高炉常规的布料方式为环形布料，在炉况异常或布料不均时会使用定点布料和扇形布料方式。

环形布料方式：布料时，将溜槽倾动角度调整到所需角度，让溜槽旋转，打开料流调节阀，并调整开度（γ），将料流均匀地布在炉内以炉中心为圆心的某一圆环上（单环布料）或多个圆环上（多环布料）。

环形布料一般按“矿”、“焦”设置不同的倾动角度（α）和布料圈数，因此需在上料过程中记忆物料的种类，这点需在编程时通盘考虑，做好程序内部参数的传递和接口的衔接。布料圈数靠编码器检测，编码器选用单圈绝对值型编码器。每变换一次倾动角度，在程序中记录当前编码器位置，以此位置作为初始值，每经过一次此位置，即记一圈，不断累加，直到到达设定圈数，圈数清零，调整倾动角度，重复这一过程，直到布料完成。

定点布料方式：高炉炉况顺行时，炉内料面平稳，使用环形布料方式即可。但当炉况发生异常，出现塌料、悬料等情况时，炉内各处料面分布不均，则不能继续采用环形布料方式向各处均匀布料。当某一处料面偏低，需要补料时，可将溜槽倾动角度（α）和溜槽下料口指向位置（β）调整到需要补料的位置，然后将料流调节阀开度调整好，向此处布料。当料面恢复正常后，应将布料方式恢复到环形布料，继续按正常方式向炉内均匀布料。程序编制时，应考虑到惯性因素，检测当溜槽停止到设定角度，并稳定后，再打开料流调节阀，在布料过程中，如果溜槽受到料流冲击，倾动角度发生变化，也应及时调整角度，较小布料偏差。

扇形布料方式：扇形布料方式与定点布料方式的目的都是为调整不均匀的料面，使炉况趋于正常。不同的是，定点布料用于某一“点”（较小范围）料面偏低的情况，而扇形布料用于某一“片”（较大范围）料面偏低的情况。定点布料固定好一个角度一直向此处布料即可，扇形布料则需要在一个扇形范围内布料，因此需要让布料器在这个这个角度范围内往复运动，在此区域均匀布料。需要注意的是，扇形布料是布料器往复运动，应通过程序控制布料器旋转速度，使其缓慢旋转，防止过快运动，惯性过大，造成料流外散和换向过快损坏设备。在控制方面采取的手段主要是调整布料器变频器的频率，使其低速运转，另外换向制动时可使用制动电阻，以提高制动速度，缩短换向时间，另外也能减轻换向时对设备的损伤。

五、程序设计要点：

编程设计人员在编写程序时，应具备全局观念，以料制参数为主线，围绕参数的设定、传递、执行进行程序设计。但同时也应注意，将整个工艺合理划分为几个工艺段，各个工艺段之间既前后衔接，又相互独立，将各工艺段之间的相互影响程度降到最低，减少动作执行的等待时间。例如，A过程不结束，B过程就不能开始，那么，B过程必须等A过程全部结束后再执行；C过程不开始，D过程就不能开始，此时，就不必等C过程执行完毕再执行D过程，只要C过程开始执行，D过程就可以开始执行。要做到这一点，必须要准确把握各个工艺段之间的联系，且编程时，不应简单地将全部动作按前后顺序一步步执行下去，而应该允许多段程序并行执行。

程序设计应考虑到操作的灵活性，可在程序中设置“暂停”、“插入新料单”等功能，便于操作人员随时干预上料、布料过程。

总之，高炉上料涉及的工艺复杂、现场环境也比较恶略，设计人员必须充分考虑到各种影响因素，设计出稳定、高效的高炉上料自控系统，以满足生产需要。