高炉自动化控制系统研究与应用

高炉自动化控制系统研究与应用凌小芬（河北鑫达钢铁有限公司河北唐山064400）【摘要】首先介绍了高炉自动化控制系统的发展现状，对比了国内外的高炉自动化技术的发展历程，然后阐述了高炉自动化控制系统的主要功能和特点，并对高炉自动化技术的发展趋势和前景进行了展望，希望能对高炉自动化技术的研究和应用提供一定的参考和借鉴。【关键词】高炉；自动化；控制系统1高炉自动化控制系统的发展现状钢铁作为现代社会最重要的原材料之一，支撑着国家的工业尤其是重工业的发展。高炉炼铁作为钢铁产业中的一个重要步骤，是一套十分复杂的物理化学过程，需要综合考虑固态、液态和气态的三相交互作用。在科学技术快速发展的今天，纯粹依赖人工的经验控制方法已很难满足要求，且钢铁生产过程中常常会产生危害人身安全的有害气体或爆炸现象，因此利用基于计算机技术的自动化控制系统在高炉炼铁过程控制中得到了巨大的应用，它优化了生产过程，降低了危险的产生，业已成为衡量高炉现代化水平的一个重要标志。1．1国外高炉自动化控制系统发展现状高炉炼铁技术历史悠久，我国的高炉自动化控制技术虽然起步较晚，但是经过近些年的发展，部分技术已经接近世界领先水平。国外研究计算机技术在高炉炼铁的应用是在20世纪50年代，美国的内陆钢铁公司、法国钢铁研究院都从炼铁机理的基础上开发了不同的数学模型，对高炉内的化学反应过程进行优化。随着日本钢铁工业的崛起，20世纪70年代起，日本对高炉过程的计算机自动化控制系统的开发和应用进行了大量卓有成效的研究，现在已经处于国际领先水平。另外如俄罗斯、澳大利亚、比利时、法国、瑞典等都对高炉炼铁的自动化控制系统进行了研究和优化，使得高炉炼铁技术得到了巨大的发展。基于计算机技术的自动化控制系统已经成为推动炼铁技术发展的巨大动力和能够进一步挖掘以提高生产力的重要潜力。1．2我国高炉自动化控制系统发展现状我国的高炉自动化控制技术和控制系统研究和应用始于20世纪50年代，在80年代初才广泛应用。其发展过程可总结为以下3步：（1）引进成套的技术和设备，以此为典型，进行初步的开发和移植；（2）将改进和进一步开发的设备系统投入实际应用中；（3）利用高新技术，引进或生产成套硬件，自主开发新的软件和系统，自行调试和投产，以求赶上国际领先水平。近年来，世界各国的高炉自动化控制技术都在高速发展，我国也在奋起直追，目前已取得了一定的成果，如北京科技大学的高炉顺行诊断系统、高炉软熔带控制专家系统，北京自动化研究院的高炉异常炉况专家系统、软熔带推断智能系统等都不同程度上提高了企业生产产量、质量、效率和经济效益。2高炉自动化控制系统的主要功能和特点2．1高炉自动化控制系统的主要功能高炉自动化控制系统所组成的设备多、设备的位置分散、设备之间联系性强，并且运行环境恶劣。基于PLC的自动化控制系统具有可靠性高、功能性好、便于使用等优势，从而被广泛应用。高炉控制技术需要结合机械设计和制造、电气化控制和计算机技术，其中以PLC为核心，系统往往包含一个中央控制器以及上料系统、高炉本体、热风炉和除尘等4个控制站，然后通过以太网进行数据传输和通信，以达到高炉自动化控制的目的。为了保证自动化控制系统的合理性和自动化运行，高炉自动化控制系统往往采用二级控制系统和二层通讯网络。高炉自动化控制系统具有以下功能：（1）机群系统控制。基于高速工业以太网，每个系统都有2台相互独立、相互备用的监控机，现场控制站由PLC组成，能够与监控系统进行数据交换，实现对设备的控制和数据的处理。（2）高炉本体、槽下及炉顶控制系统。炼铁厂高炉自动控制系统主要包含上料及炉顶自动化控制系统、高炉本体自动化控制系统、热风炉自动化控制系统和除尘自动化控制系统4部分。槽下自动化控制系统的关键部分有料单的分解、处方的运行和主卷扬的自动控制。炉顶控制系统中的受料斗接收由卷扬小车送来的原料，当受料斗中的料不满时，允许卷扬车上行送料。（3）数据采集、画面监控操作、历史趋势显示等。为了能够提高高炉生产的安全性和生产效率，自动化控制系统必须能够对高炉的生产过程进行严密的监控，这个过程往往具备较大的数据量，生产的各个过程和步骤都得精确记录，包括设备故障和安全事故，并且能够及时绘制出历史趋势，为后续工作提供借鉴和参考。2．2高炉自动化控制系统的主要特点基于可靠性、实用性和先进性的原则所设计出的高炉自动化控制系统往往具有以下特点：（1）高炉自动控制系统可以概括为三电一体结构，它是通过PLC系统实现对各个工序的控制，同时也把PLC高可靠性、高功能性、高稳定性的特点充分体现了出来。（2）高炉自动化控制系统是包含有多个PLC系统和监控站的综合系统，全系统自动化控制包含上料及炉顶自动化控制系统、高炉本体自动化控制系统、热风炉自动化控制系统和除尘自动化控制系统等，能够通过各部分的数据共享和互调实现综合控制，因此具有较大的自动化控制程度范围。（3）高炉自动化控制系统支持冗余CPU配置，具有更快的运行速度，其齐全的功能模块，使得系统在极其恶劣和不稳定的环境中都能正常的运行，不仅满足了各类用户的不同需求，同时也保证了系统的安全性和可靠性。（4）高炉自动化控制系统通过高速工业以太网进行数据和通信的传递，而工业以太网在整个工业通讯网络领域内都具备较高的实用性和开放性，整个通信传输系统安全、快捷、可靠。（5）高炉自动化控制系统的程序各模块层次清楚，阅读和修改都很便捷，这使得控制系统的结构的设计十分合理和有效，同时为了消除各个设备出现非法抵触而导致误停的现象，系统程序还专门准备了相对应的预案，以避免此类现象发生；另外，为了保证不影响生产，控制系统还设置了不论生产过程中的哪个环节或步骤出现问题时，在对应的预案实施后依然不影响整体的运转，同时也保证了自动化控制系统的可靠性和效率性。3高炉自动化控制系统的发展趋势和前景高炉自动化控制系统的目的是为了进一步提高高炉内物理化学反应的反应程度和强度，从而提高劳动生产率、扩大经济效益。而在另一方面，如何降低高炉的成本，包括建设成本和运行成本，也是高炉自动化控制系统需要进一步优化的部分。现代高炉自动化控制技术和控制系统的发展与计算机技术、通讯技术、电气化技术、机械制造工艺技术等的发展都密切相关。建设出平台更多元化、功能更标准化、系统更集成化、功能更复杂化的高炉自动化控制系统是未来的发展趋势。以现代工业高速以太网为基础构建的自动化控制系统具有更高的可靠性和快捷性，会逐渐成为未来高炉自动化控制系统的发展主流。更加深化的三电一体化配置也会成为高炉自动化控制系统未来的发展趋势，同时以数据库为核心，通过多种通讯介质将不同的控制设备整合在一起的操作一体化结构也会越来越受到重视。高炉自动化控制系统的准确性和有效性有赖于高精度的传感器技术和智能化的监控检测技术，以及高精度的数据处理技术和恶劣环境下的可靠性技术，这些都需要更加行之有效的机理模型、数学模型和现场实测数据作为基础支持，这也是提高高炉自动化控制系统精度和效率的发展方向。4结语随着工业技术的不断发展，高炉自动化控制技术日趋成熟。我国的高炉自动化技术经历了先引进、消化移植、再自主研发的过程，总体来说已经取得了不小的进步，为我国的钢铁工业的发展提供了巨大动力。另一方面，我国钢铁工业的大发展既为高炉自动化技术提供了机遇，也提出了新的挑战。我们应着眼于高炉自动化技术的发展前景和未来，把握住时代脉搏，不断完善和提高高炉自动化技术，为我国高炉自动化进一步的发展作出新的贡献。参考文献［1］郝存伟．炼铁高炉生产过程的自动化控制［J］．科技创新与应用，2014（19）［2］韩国新，盛丽娜．炼铁厂高炉综合自动化控制系统的研究与应用［J］．数字技术与应用，2013（3）