济钢2#高炉炉顶无料钟上料控制系统改造

［摘 要］济钢2#高炉大修改造成功，于2005年6月9门顺利出铁。大修不仅实现了炉顶无料钟自动布料，还对槽下配料矩阵、称量控制及卷扬等系统进行了全面升级，实现了冶炼过程内动化。大修后高炉利用系数突破4.0，最高达至4.22。 0 引言 济钢2#350m3高炉的原有电气系统，仅炉顶卷扬及槽下系统采用施耐德公司生产的984系列可编程控制器进行控制，其他系统仍为继电器—接触器系统。该高炉控制设备陈旧，大大落后于当今的高炉控制水平，制约了生产成本的降低及工艺操作水平，限制了高炉的强化冶炼，影响了炼铁整体发展水平，因此，济钢于2005年4月对2#高炉炉顶无料钟上料系统进行了改造。 1 系统组成 根据设备的控制需要，本着先进、高可靠、易操作、兼容性好的原则，改造后系统电气控制部分PLC采用施耐德公司的Quantum系列，完成现场数据采集、逻辑运算、联锁、数据处理及输出执行指令等功能。系统采用3种网络连接方式：以太网、ProfbuS-DP网和远程I／O总线网络。硬件配置见图l 远程I／O总线网络采用同轴电缆，用于PLC主站和分站的连接。 Profibus-DP网利用Profibus-DP网线采集现场3个编码器的数据。 以太网采用双绞线和光缆，通过网络交换机，将PLC和上位机及其他网络连在—起。 2 软件配置 系统软件在Windows 2000操作环境下运作。 编程软件采用Concept2．6编程软件包，用梯形图逻辑语言实现控制软件的开发与应用。对于控制所用的模型做了许多DFB功能块，利于生产维护和程序的可读性。 用Monitor Pro V7.0软件开发平台组成监控站，监视、控制设备和自动化过程。在屏幕上设有转换图标，点击可进入相应的操作或监控画面。客户端和服务器通过OPC（OLE for Process Contr0l）界面进行通信。作为Server／Client结构，过程控制系统的HMI上位监控的数据全部通过服务器提交查询、修改等指令，通过以太网，再分派至PLC控制器，完成对现场设备的在线临近与操作。服务器中放置SQL2000数据库，通过ODBC接口与MP7实现连接，完成对历史数据的处理与存储。 3 主要功能 按预先设定的配料顺序自动地将炉料配好装入焦斗和矿斗中，根据炉顶指令将炉料通过料车送到炉顶，再按布料矩阵将炉料布人炉内，实现了整个给料、配料、称量、输送、布料过程全自动。 3．1 槽下配料矩阵与自动称量 该系统设计配料矩阵周期循环最多36车，适合异常情况下的特殊矩阵没定，并且操作简单明了，可在线设定修改。配料矩阵如图2所示。 配料矩阵设定用想料代码表示矿或焦，矿的4个代码对应4种配料方式。布料代码代表炉顶布料方式，用1，2，3，4，5确定不同料的布料倾角、圈数和料流阀开度，布料代码与炉顶布料矩阵相联系周期标记用来确定料批是否结束或配料循环是否结束，88为矿结束，99为焦结束，100为周期结束。每批料由一批矿或一批焦组成，每上完一车料，配料矩阵周期指针加1，周期结束时，周期指针自动回到1。配料矩阵允许操作员在线设定修改，在任何，位置均可加“附加焦”，不打乱周期程序。 每批矿料最多10个下料斗号，配料称量定值，下料斗号设置及矿称量斗总定值均在配料矩阵中设定。各振筛根据本称量斗所设置称量定值及称量斗满、空信号自动备料，并自动进行称量补偿、焦炭水分补偿、修正定值、称量值零点校正、余振值测定、超级值保当上料程序解算出下一车料种为矿时，发出矿备料信号，首先开始自动配料，按预置程序执行代号为P1—P4中某种配开第1种料称量斗闸门放料，该称量斗料空后延时关闸门,闸门关闭后延时第2种料称量斗闸门放料，依次完成本批备料；然后发出矿备料完成信号，等待下一次配料。 3．2 布料矩阵与自动布料 3.2.1 模型化布料方式 无料钟炉顶布料系统主要功能是，与槽下系统一起控制上料，将炉料正确地装入料罐，并控制炉顶设备，完成向高炉装料和按照布料矩阵进行市料。该系统开发了模型化布料方式，可根据需要随时调整布料倾动角度、旋转角度、旋转圈数、料流开度。灵活多变的布料方式带给操作人员全新的操作模式，例如：难以解决的边缘问题，现在可利用扇形和定点布料克服；布料不均的问题，可利用多圈环行布料随时纠正等等。布料矩阵如图3所示。 环形布料α（布料器倾动角）、γ（料流调节阀开度）由布料矩阵设定，布料矩阵设有4条料线，每条料线有10个α角倾动位置；没有5种布料方式，每种布料方式可设定两种倾动方向：上倾、下倾；没有5种布料代号，由槽下进行设定，当槽下没定了布料代号后，炉顶根据探尺的料线和装料的品种自动选择相应的倾动角度和布料圈数。当布料代号的数字变为绿色时，代表当前下罐的布料方式为此方式。此系统的布料矩阵操作简单明了，可在线随时修改，适合异常情况下的“特殊矩阵设定”。扇形（定点）布料即α角、γ角一定的情况下，β（布料器旋转角）在设定范围内来回摆动，炉料撒在一个扇形面上。β由变频器驱动，料罐料满时，为达到精确定位，将变频器的速度自动设定为低速，自动判断布料器的旋转方向，将β旋转到设定的扇形起始角度上，等待条件满足后，开料流调节阀。料流调节阀开启后，β自动摆动到终止角度，冶金自动化2006年第2期然后再自动返回到起始角度，如此反复执行，直到料空。定点布料可认为是扇形布料的—种特殊方式，如果要进行定点布料则把起始角、终止角填入相同的角度即可。 3.2.1 炉顶全自动布料 装料指令下达后，打开均压放散阀卸压，随后先开启上密封阀，再开启上料闸，将上罐中炉料装入下罐。装料完毕，关闭上料闸、上密封阀，然后关闭均压放散阀，探尺探料降至规定料线深度提探尺，提尺同时打开两个均压阀向下罐均压，布料器倾动到位，打开下密封阀在溜槽到达步进角位置时打开下料闸（料流调节阀），用下料闸的开度大小来控制料流速度，炉料由布料溜槽布入炉内。布料溜槽每布一批料，其起始角均较前批料的起始角步进60°或120°。控制流程如图4所示。 为使炉顶全自动布料准确无误，本系统对如下信号作了着重处理： （1）上罐料空及料满的信号处理； （2）上罐料满与均压放散阀、上密阀、放料阀的联锁； （3）下罐料满及料器的联锁； （4）控尺与布料器阀的联锁； （5）步时角与开下料阀的联锁。 其中，下罐料空信号由γ射线反馈，但在γ射线报料空信号时，料罐中尚存有一车多料未下如果这时关掉料流阀，将造成卡料故障，对料流阀造成损坏。而且在一车一布工作方式下，料空始终存在，无法装料。程序对料空信号的处量是：γ射线料空信号做延时响应，并且在一车一布工作方式时，屏蔽掉γ射线料空信号，料空由程序自动依据料的品种（矿、焦）而做相应的处理。下罐料满信号无反馈信号，根据装料的品种和车数自动计算。为方便高炉操作和快速装料的需求，特在上位画面中设计了单车焦（矿）的料满时间设定。 3.2.3 编码器实时数据处理 布料过程检测的三个角度α、β、γ，均采用绝对值编码器进行角度反馈。绝对值编码器的输出值在0～8192之间，为了避免8192的跳变回零，在程序中特别设计了一个编码器的数据处理模型，无论编码器的起始点在何位置，都能够正确反映设备的实际动作位置。 3．3 HMI监控技术 系统实现了集中监视控制，对现场采集的信号用模拟画面进行直观的显示、报警，供生产人员及时掌握生产运行情况。通过集中控制室4套基于Monitor Pro V7.0的HMI监控PC站（西门子工控机），4套HMI互为备用，共享操作。HMI可以对所有设备进行在线监控，完成各个工艺设备或者工艺流程的顺序控制、故障报警处理及显示，其中一台作为无限点Server，通过100Mb／s交换机上挂Ethernet网，负责从下位PLC控制站采集数据，完成现场数据生成，并进行处理和存储；另3台作为Client通过Ethernet网从Server上取得数据，并进行用户画面的组态和运行。 集中操作室采用CRT操作，其操作模式均为二种方式：上位手动和上位自动方式。主画面采用菜单式切换模式，其操作简单、易掌握。设备单动时，点击该设备，弹出一个小操作窗u，画面上有操作按钮、没备运行指示等等，操作完毕关闭该操作画面即可。 在自动方式下，对单体设备可以手动干预，而不影响整个系统的自动流程。这既减轻了操作人员的负担，又减少了操作转换时间，提高了冶炼速度。 4 结束语 灵活多变的布料方式，提高了布料质量，提高了高炉的利用系数。改造后的2#350m3高炉当月生产即突破4.0的利用系数，最高达到4.22，创造了小高炉开炉即达产的高产记录。事实证明，无料钟炉顶具有布料灵活、密封性好、维修方便等明显优势，是小高炉优化工艺设备的发展趋势。