钢铁企业高炉控制及管理自动化中PLC技术应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇钢铁企业高炉控制及管理自动化中PLC技术应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：钢铁企业炼铁高炉生产过程中应用可编程序控制器(简称PLC)进行电气控制和仪表检测系统的改造已经十分普遍，介绍了应用多套PLC组成高炉控制系统的实现方法和功能特点，以及多座高炉控制系统进行两级联网通讯，实现过程控制和生产管理自动化。实际应用表明，系统整体设计合理，运行稳定可靠，满足了高炉生产要求并取得很好的效益。

关键词：高炉；可编程序控制器(plc)； 过程控制；网络

1 引言

钢铁企业中,随着PLC和网络技术的飞速发展，使得PLC的联网通讯功能日益强大，也对炼铁高炉自动化系统提出了更高的要求。高炉控制系统规模由原来单独一个系统控制，发展到包括槽下上料、炉顶装料、高炉本体、热风炉、煤气除尘、煤粉喷吹等高炉全套控制系统的改造；并实现各系统之间互相通讯，多座高炉联网，实现系统冗余、数据共享，系统整理并统计生产数据，从而为实现高炉生产过程控制和生产管理自动化提供有力的系统支持。

通常一个钢铁企业都拥有几座高炉，在进行控制系统改造时，如果不预先进行长远的统一规划，容易造成多座高炉采用不同控制方式，应用多种品牌的PLC和上位机组态软件的局面，为企业多座高炉控制系统之间的联网通讯带来困难，并且增加系统联网的投资成本。

文章以某铁厂高炉控制系统改造为例，介绍了PLC及其网络技术在过程控制和管理自动化方面的应用情况。

2 电气控制系统

某铁厂现有7座高炉，基础自动化控制系统全部采用PLC控制，控制方案按照仪电一体化方式设计，取消了二次仪表。高炉控制系统结构如图1所示，其中IPC为微机工作站。7座高炉系统逐年改造完成，最终实现全厂高炉控制系统的联网。

由于提前做了周密的整体规划设计，确定自动化系统的PLC统一选用SIEMENS系列PLC。全厂选用同一个品牌的PLC，备品备件的互换性强，不仅降低PLC备品数量和成本，而且便于生产维护和维护人员的培训管理。

每座高炉的自动化系统方案，从整体联网的思路出发，按照统一风格设计，差别只在于局部的工艺和设备情况的不同。

2．1高炉控制系统

按照前述，每座高炉的设计思路基本一致，这里以一座高炉为例介绍各个系统的自动化控制实现方式。

自动化系统按工艺上的相对独立，分为槽下上料及炉顶装料、高炉本体、热风炉、喷煤和水处理5个子系统，每个子系统各由一套SIEMENS PLC和若干套微机工作站组成，如图1所示。

控制系统不设传统的开关操作台和指示灯式模拟屏，除个别设备，如：料车主卷扬、槽下皮带、热风炉助燃风机等设立机旁操作，以供调试和检修时使用外，全部采用微机工作站，使用标准工业键盘来操作。PLC和微机工作站分两级联网。微机工作站与本系统PLC之间为设备控制级，采用小型TCP／IP以太网进行通讯，完成设备操作功能、各种参数数据的输入和显示。在厂级管理层，通过主干为1 000 M的TCP／IP以太网把各座高炉所有PLC与数据服务器、工程师站、调度室和厂级管理微机联网，实现过程控制与生产管理自动化。各个子系统的功能概述如下。

槽下上料系统，选用一套SIEMENS-400 PLC，控制矿槽以下各个设备，包括槽下运料皮带、振动筛或给料器以及称斗闸门、液压油泵等设备，对各称量斗的称重实现自动称量并进行误差补偿控制，各料仓料位采用微波检测，并由PLC采集信号。

炉顶装料系统，选与槽下上料系统共用一套SIEMENS-400 PLC，控制上料程序，无料钟炉顶料罐的上下密封阀、节流阀、均压放散阀、炉顶液压站、布料器溜槽倾动和旋转、探尺、主卷扬等设备。

高炉本体系统以仪表控制为主，选用SIEMENS-400 PLC，主要采集高炉炉内各种压力、流量、温度信号，并对炉顶压力进行自动控制，主要数据有高炉炉顶温度、炉喉十字测温、炉身冷却壁各段百余个测温点温度、炉基温度、炉底温度、高中低压水温度等；除此外，还对高炉透气性指数进行计算。按照工艺要求，对各种参数进行趋势显示和历史曲线记录，对冷、热风流量、压力，冷却水流量、压力，炉顶压力等高炉生产的重要数据按班、日、月进行报表统计，并通过网络储存到数据服务器，作为生产管理的重要依据。

热风炉系统设置3座热风炉，采用两烧一送工作方式。由一套SIEMENS-400 PLC控制，完成3座热风炉的所有工艺过程和仪表控制，包括热风炉的热风阀、冷风阀、废气阀、烟道阀、混风阀、倒流体风阀、煤气燃烧阀、冷风调节阀等，以及燃烧、送风和换炉过程的控制。对热风炉拱顶温度、废气温度、空气流量、煤气主管压力等各种仪表参数直接进行检测和信号采集，并由上位机做相应的曲线显示和记录，取代以往由二次仪表完成的功能，使系统更简洁、直观。

煤粉喷吹系统为双系列串罐方式，每个系列由贮煤罐和喷吹罐组成，由一套SIEMENS-400 PLC来控制整个喷煤工艺过程，贮煤罐和喷吹罐的称重，两个系列自动加煤、自动倒换喷吹，各支管温度、压力、流量等参数的测量与信号采集，应用PID调节控制煤粉喷吹量，对喷煤量按班、日、月进行报表汇总，并通过网络储存到数据服务器。

2．2微机工作站及网络

微机工作站实现各个系统的工况显示和设备操作，过程参数的监视，为操作人员提供多幅工艺流程画面动态显示，作为现场设备操作依据和手段，彻底取代了传统的开关操作台和仪表盘。

各座高炉的微机工作站统一配置，选用同一品牌的工业控制计算机，配置53．34 cm大屏幕显示器，每个系统按照重要程度配置2～3台微机工作站，系统内的微机工作站功能完全相同，可以并行工作，互为热备。微机工作站除有监视和操作设备功能外，还兼有编程功能，可以作为编程器使用。微机工作站上统一安装SIEMENS WinCC组态软件，在Windows XP下运行。

每座高炉的微机工作站与PLC组成一个独立的控制网络，不与其它高炉联系，确保设备操作的安全。各系统的微机工作站通过该控制网络与本系统PLC联网，实现现场设备的集中操作。控制网为TCP／IP以太网络，室外传输介质采用单模光纤，室内为超5类双绞线，敷设和维护都很方便。

所有PLC均为双以太网口配置，一路与本高炉的控制网通讯，另一路联入厂级的工控信息网络。工控信息网络主干为1000 M单模光纤网，在每座高炉均设有交换设备，PLC的数据就是通过工控信息网络传送到数据服务器保存。

微机工作站的监控画面，按照直观实用的原则设计，并兼顾传统的操作习惯。图形画面按一个总图和若干个子画面设计。总图显示系统的工艺流程、设备当前运转状况及主要工艺参数值，比较全面地反映出系统的总体状态。系统总图是始终运行的。子画面包括设备操作开关、报表、曲线显示等，并由系统总图以弹出窗口方式调用。所有操作画面按人性化设计，形象直观，全中文提示。图2为高炉槽下系统监控画面调用关系图，各子画面按照中文标识按键调用，如，需要操作左焦系统，在总图下按F1键，立即弹出左焦操作子画面(图3所示)，在左焦操作子画面上按数字键1～5，即可扭动相应的操作开关，发出操作设备的指令，操作完毕，按空格键自动关闭子图，返回到总图。这种操作方式易学易用，不需要人为记忆，操作人员掌握起来十分容易，既可靠又形象直观。

图 2高炉槽下系统监控画面调用关系图

图3左焦系统操作子画面

3 生产管理系统

如图1所示，在厂级管理层设置2台数据服务器，对全厂所有高炉PLC数据进行收集和储存。其中1台用于网内数据共享．另1台作为输出数据服务器，通过防火墙向公司局域网提供高炉数据。局域网上的厂级和公司级的监控微机通过输出服务器得到高炉数据，以便公司和厂级领导随时了解高炉生产情况；另一方面输出服务器也为正在建设的公司CIMS系统提供高炉生产管理数据。

为了便于从数据服务器读取数据，厂级管理微机和调度室微机的监控软件也是基于WinCC HMI介面开发的。调度室作为全厂高炉生产的调度中心，需要随时了解各座高炉生产情况，软件开发重点体现在生产数据的实时性。在调度室可以随时调看每座高炉各个系统的总图，重要冶炼参数，如温度、压力、流量的趋势显示，各种报表数据显示，槽下原料消耗情况、高炉风量、水量的统计数据。

厂级管理微机监控软件的开发体现在资料的全面性，不仅存有各个系统的工艺流程总图和所有参数的曲线显示，并作历史趋势记录，为分析炉况调整操作提供依据。在厂级管理微机中可以读取每座高炉通过网络汇总上来的各种实时统计报表，并进行生产日报、台帐、原燃料消耗等生产指标的统计和打印，实现生产过程管理自动化。

工程师站具有通过网络分别对全厂所有PLC进行在线编程功能，可以调看全厂每一台PLC的程序，并进行I／O状态强制和程序修改。技术人员也可以通过网络对现场操作提供远程技术指导。

4 系统特点

电气自动化控制和仪表控制系统一体化，统一采用同一品牌PLC实现，大大降低了系统的投资成本和运行成本，这种方案比较适合我国的国情，具有参考和推广价值。

取消二次仪表后，现场检测信号，如温度、压力、流量等，直接进入PLC系统，由计算机取代二次仪表的功能，不仅减少了指示仪表投资，而且没有了中间环节，降低系统故障率，也使得仪表的智能化程度更高。

不设手动操作台，改由微机工作站通过键盘结合画面操作，减少了外部硬件开关线路，减轻设备检修量，提高效率，也使得高炉设备操作水平上一个台阶。

通过计算机管理网络由数据服务器直接从现场获取各种生产数据，较人工采集数据更加真实可靠和快捷，便于有关人员及时了解全厂实际生产情况，为生产管理和决策提供依据，更为今后全面发展企业计算机集中管理系统(CIMS)打下良好基础，促进企业生产管理水平的提高。

5 结束语

某铁厂高炉系统改造，由于前期整体规划做得好，核心设备(PLC、网络、软件)选型合理、统一，给全厂高炉系统的联网建设和将来网络功能的不断提升带来很大的便利条件。7座高炉系统的改造历时数年，陆续投运、联网均十分顺利。系统投运后，又经过不断改进完善，加上现场技术人员的精心维护，使全套系统运行稳定可靠，满足了高炉生产要求，取得了很好的效益。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。