高爐爐況參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

高爐爐況參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)摘要：本文主要論述了重鋼2500m3高爐本體參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)，高爐生產(chǎn)是個(gè)復(fù)雜的高溫物理化學(xué)過(guò)程，其中各項(xiàng)過(guò)程參數(shù)是體現(xiàn)爐況是否正常的重要依據(jù)，這與高爐的操作密切相關(guān)。根據(jù)工藝要求對(duì)影響爐況的過(guò)程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于操作人員監(jiān)控。高爐爐況參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)由西門子S7-400系統(tǒng)PLC組成，采用西門子WINCC軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)過(guò)程參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，故障信號(hào)的報(bào)警記錄，歷史數(shù)據(jù)的歸檔及每小時(shí)平均值報(bào)表。該系統(tǒng)具有精度高、安全、可靠的特點(diǎn)，為高爐的正常生產(chǎn)提供保障。關(guān)鍵詞：高爐本體；西門子町NCC；西門子PLC1.概述高爐煉鐵是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的重要組成部分，是一個(gè)復(fù)雜的高溫物理化學(xué)過(guò)程，不準(zhǔn)確掌握爐內(nèi)溫度分布是不可能的，因此一般需要通過(guò)預(yù)測(cè)爐內(nèi)溫度來(lái)間接反映爐內(nèi)溫度的變化（鐵水中的硅含量）。實(shí)際上，影響鐵水含硅量的因素很多，可以分為兩類：狀態(tài)參數(shù)和控制參數(shù)。狀態(tài)參數(shù)包括料速、透氣性指數(shù)、風(fēng)口狀況、鐵水與爐渣成分等；控制參數(shù)包括入爐原料的性質(zhì)（成分、比重、配料比等）裝料方式、風(fēng)量、風(fēng)溫、富氧量等，各個(gè)因素之間也存在交互影響。為了更好地指導(dǎo)高爐操作，方便操作人員判斷和掌握爐況變化趨勢(shì)，加強(qiáng)爐況調(diào)整，穩(wěn)定高爐平穩(wěn)運(yùn)行，一套集過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控為一體的自動(dòng)化系統(tǒng)是必不可少的。1.工藝簡(jiǎn)介重鋼2500m3高爐本體設(shè)有30個(gè)風(fēng)口、3個(gè)鐵口、1套十字測(cè)溫裝置、1套爐頂噴霧裝置等，高爐冷卻設(shè)備形式為冷卻壁加冷卻板復(fù)合式結(jié)構(gòu)。爐缸、爐腹上部、爐腰、爐身為冷卻壁；爐腹下部為銅冷卻板，爐喉設(shè)2段鋼磚；爐底設(shè)有冷卻水管。冷卻系統(tǒng)分軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)和中壓工業(yè)水系統(tǒng)、回用工業(yè)水系統(tǒng)。爐體系統(tǒng)還設(shè)有爐身靜壓監(jiān)測(cè)、冷卻設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)、冷卻水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及耐火材料溫度監(jiān)測(cè)設(shè)施等。1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案根據(jù)高爐需求，對(duì)一些重要的參數(shù)如溫度、流量、壓力，以及運(yùn)行狀況等等，由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備通過(guò)PLC系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在上位機(jī)監(jiān)控畫面上顯示出來(lái)。本系統(tǒng)硬件采用西門子S7-400系列PLC，軟件使用STEP7編程軟件及西門子WINCC上位機(jī)監(jiān)控畫面組成。硬件系統(tǒng)本系統(tǒng)主要由一個(gè)主站和三個(gè)從站組成，其中包含了1塊中央處理器模塊，1塊通訊模塊，4塊電源模塊，4塊接口模塊，35塊模擬量輸入模塊，1塊模擬量輸出模塊，10塊數(shù)字量輸入及2塊數(shù)字量輸出模塊。站與站之間通過(guò)主站接口模塊IM460-3及從站接口模塊IM461-3進(jìn)行通訊連接。中央處理器使用CPU414-2DP模塊，具有中到大容量程序存儲(chǔ)器和PROFIBUSDP/MPI接口，比較適用于大規(guī)模的I/O配置或建立分布式I/O系統(tǒng)。通訊模塊使用CP443-1模塊，用于工業(yè)以太網(wǎng)的S7CP，支持ISO和TCP/IP協(xié)議，具有SEND-RECEIVE和FETCH-WRITE接口，PROFINETIO控制器,實(shí)現(xiàn)PLC之間或者與上位機(jī)的高速數(shù)據(jù)交換功能。電源模塊使用PS40720A模塊，用于連接到85到264VAC的AC線路電壓或88到300VDC的DC線路電壓，并在二級(jí)側(cè)提供5VDC/20A和24VDC/1A，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)架和模塊的供電。模擬量輸入模塊使用AI16X16Bit(6ES7431-7QH00-0AB0)模塊，接收4-20mA信號(hào)，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、流量，壓力的數(shù)據(jù)采集。模擬量輸出模塊使用AO8X13Bit(6ES7432-1HF00-0AB0)模塊，輸出4-20mA信號(hào)，用于對(duì)調(diào)節(jié)閥(流量、壓力)的控制。數(shù)字量輸入模塊使用DI16XUC120/230V(6ES7421-1FH20-0AA0)模塊，用于對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)(閥的到位信號(hào)、故障、自動(dòng)/手動(dòng)，液位計(jì)液位等)的檢測(cè)。數(shù)字量輸出模塊使用DO16XAC120/230V/2A(6ES7422-1FH00-0AA0)模塊,用于對(duì)設(shè)備的控制。軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)分別使用西門子STEP7和西門子WINCC。通過(guò)STEP7編程軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)西門子PLC的硬件組態(tài)、通訊組態(tài)，對(duì)采集的設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行編程處理，以此來(lái)滿足工藝需求的邏輯控制、對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、對(duì)實(shí)時(shí)參數(shù)的監(jiān)控。主要包括對(duì)減壓閥組開度的調(diào)節(jié)；采集高爐本體各段冷卻壁的溫度，爐頂?shù)臏囟取毫Γ瑹犸L(fēng)溫度、壓力，冷風(fēng)流量，富氧流量，冷卻水溫度、壓力、流量，爐喉十字測(cè)溫等；把采集的數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng)公式計(jì)算出工藝所需要的一些參數(shù)，如透氣指數(shù)、爐復(fù)煤氣量、煤氣利用率等，并把這些參數(shù)和采集的數(shù)據(jù)做成報(bào)表，為高爐操作提供數(shù)據(jù)支撐。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)西門子WINCC軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，用來(lái)對(duì)整個(gè)高爐本體系統(tǒng)的工藝流程及參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行報(bào)警提示，歷史數(shù)據(jù)歸檔。使操作人員可以及時(shí)的了解當(dāng)前整個(gè)高爐系統(tǒng)的狀態(tài)，便于判斷、掌握爐況走向趨勢(shì)，穩(wěn)定高爐順行。1.實(shí)現(xiàn)功能1．爐頂冷卻控制爐頂霧化冷卻系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式控制噴嘴向高爐爐喉噴霧，使流經(jīng)上升管的煤氣溫度控制在預(yù)定溫度范圍內(nèi)。2.高爐本體各部耐火材料的溫度監(jiān)測(cè)高爐耐火材料砌體設(shè)有大量的溫度檢測(cè)點(diǎn)，對(duì)各點(diǎn)溫度進(jìn)行記錄并對(duì)重要部位的警戒溫度進(jìn)行報(bào)警（報(bào)警均為在線可調(diào)），且還對(duì)各點(diǎn)溫度值以及變化趨勢(shì)做出趨勢(shì)圖。高爐冷卻設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)在冷卻壁上設(shè)有溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)視其工作狀況。將采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并作趨勢(shì)圖。高爐爐喉十字測(cè)溫器的溫度監(jiān)測(cè)高爐爐喉部設(shè)置1套十字測(cè)溫器，由4支組成，3短1長(zhǎng)。共設(shè)有21點(diǎn)溫度測(cè)定的熱電偶，將采集到的各點(diǎn)溫度值進(jìn)行處理，做成爐喉兩個(gè)斷面上的溫度分布圖顯示在上位機(jī)畫面上。爐喉鋼磚下的溫度監(jiān)測(cè)爐喉鋼磚下8個(gè)方向上設(shè)置8點(diǎn)溫度檢測(cè)熱電偶，該點(diǎn)溫度可以反映爐體邊緣煤氣流的發(fā)展，將采集到的各點(diǎn)溫度值進(jìn)行處理，做成斷面上的溫度分布圖顯示在上位機(jī)畫面上。高爐本體軟水冷卻系統(tǒng)控制a）冷卻水系統(tǒng)主要冷卻高爐本體的冷卻壁、冷卻板、爐底水冷管和熱風(fēng)爐系統(tǒng)的熱風(fēng)閥等爐體軟水系統(tǒng)分為八個(gè)區(qū)域，八個(gè)區(qū)域分別檢測(cè)軟水進(jìn)出水流量和其中幾段間聯(lián)絡(luò)水管的出水溫度。b）脫氣罐水位控制脫氣罐水位控制由脫氣罐上的水位計(jì)、設(shè)在水道專業(yè)的補(bǔ)水流量計(jì)和補(bǔ)水泵等組成。脫氣罐正?？刂扑粸?2100mm(在線可調(diào))。當(dāng)脫氣罐內(nèi)水位低于正常水位400mm(在線可調(diào))時(shí)，開啟補(bǔ)水泵充水；到正常水位時(shí)停止補(bǔ)水。軟水泵站監(jiān)視軟水泵站的循環(huán)水泵(含柴油泵)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、補(bǔ)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、軟水的水質(zhì)分析值、脫氣罐的水位信號(hào)以及水位變化趨勢(shì)圖在上位機(jī)上顯示記錄。7．高爐本體工業(yè)水冷卻系統(tǒng)高爐本體工業(yè)水冷卻系統(tǒng)分為回用水和中壓水兩個(gè)部分。回用工業(yè)水冷卻系統(tǒng)水量為100m3/h，水壓為0.3MPa，供水溫度為W33°C，主要用于爐頂霧化冷卻;中壓工業(yè)水冷卻系統(tǒng)水量為200m3/h，水壓為1.0MPa，供水溫度為W33C，主要用于十字測(cè)溫冷卻、風(fēng)口事故用及爐頂霧化冷卻裝置事故用等。1.高爐本體各種計(jì)算(1)爐身靜壓數(shù)據(jù)管理及壓差計(jì)算；(2)高爐透氣性指數(shù)計(jì)算；(3)高爐風(fēng)口風(fēng)速計(jì)算；(4)鼓風(fēng)動(dòng)能計(jì)算；(5)爐腹煤氣量計(jì)算；(6)爐腹煤氣量指數(shù)計(jì)算；(7)爐內(nèi)透氣阻力系統(tǒng)計(jì)算；(8)理論燃燒溫度計(jì)算。1.結(jié)束語(yǔ)高爐爐況參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、畫面監(jiān)控、報(bào)警、趨勢(shì)記錄、報(bào)表記錄等一系列功能。具有運(yùn)行可靠，操作容易，維護(hù)方便，控制精度高等優(yōu)點(diǎn)。在選擇適應(yīng)高爐原燃料、外圍生產(chǎn)條件下的各個(gè)參數(shù)直接決定高爐的生產(chǎn)指標(biāo)和穩(wěn)定順行程度。該系統(tǒng)為高爐操作者進(jìn)行指導(dǎo)，便于高爐操作者判斷、掌握爐況走向趨勢(shì)，為高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)起了十分積極的作用。參考文獻(xiàn)廖常初.S7300/400