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(fēng)爐控制，以及除塵系統控制等。高爐煉鐵自動(dòng)化控制系統就是保證煉鐵生產(chǎn)過(guò)程的連續性和實(shí)時(shí)監控性，進(jìn)而保證高爐操作的四個(gè)主要問(wèn)題：正確配料并以一定的順序及時(shí)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(tài)。

    高爐自動(dòng)化控制系統具有組成設備多、位置分散、設備間聯(lián)鎖關(guān)系強、設備運行環(huán)境惡劣、安全性可靠性要求高等方面特點(diǎn)，基于和利時(shí)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(diǎn)和要求的基礎上，充分利用了LK PLC可靠性高、性能優(yōu)異、功能豐富、擴展性好、易于使用等方面的優(yōu)勢，給出了針對性強和個(gè)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(shù)，采用以和利時(shí)公司HOLLiAS LK系列PLC為核心的，集中與分散相結合的自動(dòng)化控制系統，系統由1個(gè)中央控制室和上料系統、高爐本體、熱風(fēng)爐、除塵等四個(gè)控制站組成，通過(guò)高速100Mbps光纖工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數據通信，自動(dòng)化過(guò)程監控系統的布局及網(wǎng)絡(luò )結構如圖1。料批控制程序及選倉配料控制、料流調節閥開(kāi)度控制及溜槽傾動(dòng)和轉動(dòng)控制為重點(diǎn)；料車(chē)卷?yè)P、探尺卷?yè)P、布料器傾動(dòng)上料系統、熱風(fēng)、布袋除塵，既要滿(mǎn)足基本工藝要求，還要滿(mǎn)足設計提出的工藝要求。

    為保證各工藝過(guò)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(xiàn)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(dòng)化控制系統示意圖

    在中央控制室中設2個(gè)操作員站和1個(gè)工程師站。一個(gè)為主操作員站用來(lái)顯示高爐原料監視操作屏和高爐上料監視操作屏；另一個(gè)站主要用來(lái)顯示生產(chǎn)操作技術(shù)參數、區域圖、曲線(xiàn)圖等畫(huà)面，兩者也可互為備用。操作人員通過(guò)觀(guān)察計算機監控屏的顯示及工作狀態(tài)，控制各種設備。工程師站具有對各系統進(jìn)行組態(tài)權和運行權，可以進(jìn)行料制的設定，當前料車(chē)的車(chē)次、周期、程序信息的顯示，生產(chǎn)工藝過(guò)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(fēng)爐操作站和布袋除塵操作站。所有的數字量輸出點(diǎn)都采用繼電器與外部設備進(jìn)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(wǎng)絡(luò )

    整個(gè)自動(dòng)化系統由二級控制系統和二層通訊網(wǎng)絡(luò )構成。保證系統的完整性、合理性、確保系統自動(dòng)運行。

    工業(yè)以太網(wǎng)：高爐四個(gè)控制站都可以獨立完成各自的任務(wù)，根據生產(chǎn)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(yè)以太網(wǎng)，做到資源共享，互調數據、畫(huà)面等，構成完整的過(guò)程監控系統，通信速率為100Mbps，傳輸介質(zhì)為光纖；

    PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)：各控制站PLC主站與各自的遠程I/O站通過(guò)PROFIBUS-DP現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行數據通信，通信速率為1.5Mbps，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線(xiàn)。

    操作方式

    全線(xiàn)操作系統由操作站、操作臺構成。操作站實(shí)現集中手動(dòng)、自動(dòng)控制，主要用于工藝和電氣參數的設定、運行方式的選擇、開(kāi)爐前后的一般操作，包括自動(dòng)、軟手動(dòng)實(shí)現現場(chǎng)各電控設備的控制。操作臺主要用于手動(dòng)操作和在自動(dòng)方式下實(shí)施人工干預。

    系統功能

    本系統是一個(gè)集順序控制、過(guò)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(dòng)機、閥門(mén)等以及成套機電設備的開(kāi)關(guān)量控制，包括分組聯(lián)鎖起動(dòng)、分組聯(lián)鎖關(guān)機、組內自動(dòng)聯(lián)鎖控制、組內單步聯(lián)鎖控制、系統單步調試；過(guò)程控制數據的采集和處理（包括開(kāi)關(guān)量和模擬量）；完善的報警功能。開(kāi)關(guān)量和模擬量報警的顯示、確認、記錄和打??；動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖畫(huà)面，各畫(huà)面之間可以自由切換；歷史曲線(xiàn)圖、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)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(gè)分系統：槽下及上料控制系統、高爐本體系統、熱風(fēng)爐系統和除塵控制系統。下面分別具體介紹每個(gè)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(gè)料倉系統的給料機、振動(dòng)篩、皮帶機等設備進(jìn)行控制；上料系統主要對主卷?yè)P電氣設備、2套探尺裝置進(jìn)行控制；爐頂布料系統主要對旋轉布料器的傾動(dòng)及旋轉、柱塞閥 、上密閥、下密閥等進(jìn)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(guò)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(lèi)，因此高爐檢測儀表及控制系統的選擇十分重要，它直接關(guān)系到高爐的正常生產(chǎn)，爐體維護及設備保護。

       

    熱風(fēng)爐系統

    一般高爐都配有三座熱風(fēng)爐，每座熱風(fēng)爐工作周期包括燃燒、送風(fēng)、換爐三個(gè)過(guò)程，在每一循環(huán)內，熱風(fēng)爐爐內溫度有周期性變化。隨著(zhù)送風(fēng)時(shí)間的延長(cháng)，風(fēng)溫逐漸降低?？s短送風(fēng)時(shí)間，可提高風(fēng)溫水平，也隨之縮短了燃燒時(shí)間。所以，在一定條件下應有一個(gè)合適的熱風(fēng)爐工作周期。合適的送風(fēng)時(shí)間最終取決于保證熱風(fēng)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(shí)間，因此，合理地設置熱風(fēng)爐燃燒制度（燃燒控制系統）和送風(fēng)制度（換爐控制系統）是充分發(fā)揮熱風(fēng)爐控制系統的潛力來(lái)滿(mǎn)足工藝要求（增加蓄熱能力、提高風(fēng)溫），保證熱風(fēng)爐設備安全，提高熱效率、降低能耗的關(guān)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(chǎn)中的重要環(huán)節，其工作目的是凈化高爐煤氣，提高煤氣質(zhì)量，為使高爐煤氣得到充分利用創(chuàng )造條件。高爐煤氣經(jīng)重力除塵器粗除塵后，溫度在80-300℃范圍內，直接進(jìn)入布袋除主箱體進(jìn)行過(guò)濾凈化，凈化后的煤氣通過(guò)調壓供各用戶(hù)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(jìn)入布袋除塵主箱體。

         

    系統特點(diǎn)

    基于和利時(shí)公司HOLLiAS LK PLC的高爐自動(dòng)化控制系統，采用冗余的以太網(wǎng)絡(luò )、PROFIBUS-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )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(lián)系起來(lái)，構成一個(gè)分布式的控制系統，具體特點(diǎn)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(shí)，配有品種齊全的功能模塊，充分滿(mǎn)足用戶(hù)各種類(lèi)型的現場(chǎng)需求。即使在惡劣、不穩定的工業(yè)環(huán)境下，依然可正常工作；無(wú)風(fēng)扇設計提高了系統的可靠性；在運行過(guò)程中，模塊可進(jìn)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(wǎng)絡(luò )冗余、PROFIBUS-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )冗余，無(wú)論那個(gè)環(huán)節出現故障都不會(huì )造成系統停車(chē)，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(wǎng)絡(luò )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(dòng)。這樣的系統結構既滿(mǎn)足了系統設備間聯(lián)鎖關(guān)系強的要求，又滿(mǎn)足了系統設備位置分散的要求。

    開(kāi)放性

    高爐程控系統設計為一個(gè)開(kāi)放的系統，工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是目前應用最廣泛和開(kāi)放性最好的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò )，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(jìn)行系統擴展或與全廠(chǎng)輔控網(wǎng)、MIS和其他子系統進(jìn)行無(wú)縫連接。