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叶小雷周密

摘要：首先对高炉炼铁工艺进行了简答介绍，其次对高炉上料进行了阐述，之后对上料自动控制系统的设计主要进行论述，最后得出结论采用高炉上料自动控制，代替传统人工操作的继电器控制，提高了上料控制的安全性和可靠性。

关键词：PLC高炉上料控制系统应用

引言

高炉上料装置是生产中的重要环节，提高其自动化水平，可以大大减轻工人劳动强度，提高生产效率，同时通过原料的精确配比，又可提升产品的品质和质量。高炉生产工艺对控制系统的可靠性和容错性要求较高,而上料系统在整个冶炼工序中是核心,出现差错将导致高炉休风停产,影响到生产安全和经济效益。

1.高炉上料控制系统概述

高炉上料系统的设计包括：(1)高炉炼铁生产工艺的设计(2)系统硬件设计（包括PLC部分设计和数字仪表的设计）(3)系统软件设计（包括STEP7程序设计和界面的设计和开发）。

高炉是一次点火昼夜不间断连续运行数年的炼铁设备，根据高炉型号的不同日产量可达千吨至万吨。如此之大的产量还需要有严格的质量要求，这就要求要有精确的称量、配料、上料顺序和精湛的工艺作保障。以前高炉生产的各个环节都是由人工操作，生产效率低、质量差严重的制约了行业的发展。随着计算机技术的发展，工业自动化已是现代工业生产的标志，是行业突飞猛进发展的动力。

高炉自动化的目的主要保证高炉操作的4个主要问题:即正确的配料并以一定的顺序及时装入炉内;控制炉料均匀下降;调节料柱中炉料分布及保持与煤气流良好的接触:保持合理的热状态。现代高炉自动化主要是指仪表检测及控制系统、电气控制系统和过程及管理用的计算机。即高炉“三电”一体化。它在功能分配上又是分级式层次结构，高层次是过程控制级，低层次是基础自动化级。基础自动化级，主要进行电气自动控制和仪表自动控制，对工艺设备过程信息进行检测、显示、记录及数据基础处理，执行设备运转控制及工艺设备过程自调节，越限报警。过程控制级，主要完成生产优化控制、操作指导、数据处理和存储，与上级管理计算机及其他计算机之间的数据通信。如芬兰罗塔鲁基公司拉赫厂的高炉是60年代由前苏联设计和建造的，当时的各项指标都比较落后。而最近十几年来，这些高炉己经跻身于世界最先进高炉的行列。他们的经验主要有两条，一是提高烧结矿和焦炭的质量，二是建立了性能优良、工作可靠的计算机控制系统。现在，世界各国主要产钢国都采用了计算机控制高炉，其中水平最高的当属日本。

2.控制方案的选择

随着微电子技术尤其是个人计算机技术的飞速发展，PLC和DCS的性能都有了较大的改进，PLC大大提高了数据处理能力和监控功能，DCS系统向开放性发展，操作站采用工控机。PLC和DCS在抢占市场的过程中，两者相互借鉴、渗透、融合，极大地增加了用户在设计和使用中的选择性。同时，由于各种控制系统生产制造厂较多，产品更新换代快，也给系统选择带来了一定的困难。而走向实用化的FCS，也正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新型的控制系统。下面依据PLC、DCS和FCS的不同特点，针对化工新项目建设和老项目改造，对控制系统的设计选型和应用总结以下原则进行选择。

按过程控制系统的控制规模及复杂程度：不同的化工生产过程，过程控制系统规模与复杂程度不同，通常在过程控制系统规模较大、复杂程度较高时优先选择DCS。因为该系统是根据过程控制系统的特点发展而来，它对大量的模拟量数据信息能较好地进行处理、分析、运算，能完成各种复杂的、繁琐的调节控制计算，因此能完成规模大、复杂程度高的过程控制系统的工作。RS3系统和其他DCS系统一样，包括以下几个部分：控制单元、操作单元、I/O单元、数据总线。

按投资规模和项目经济效率合理选择：在一些小型化工项目中，特别是一些中小型改造项目，投资较少，规模较小的仪控系统应优先选择价格相对低廉、性价比较高的PLC系统。

3.PLC与其他工业控制的比较

系统硬件设计几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前依然在工业领域中大量的应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与PLC相比较存在着质的差别，表1给出了PLC与继电器控制系统的功能和特点比较。

继电器顺序逻辑控制系统有大量的活动触点和元器件，只要其中任一部件或触点故障，将造成系统的故障。另外，它的体积和重量较大，维修的工作量也较大。与此比较，由可编程序控制器组成的控制系统，采用软接线的方式实现程序所需的功能，通过在线或离线的编程，方便地实施所需的控制要求。由于采用可靠性的设计，其故障率和维修时间都大大降低。系统硬件设计几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前依然在工业领域中大量的应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与PLC相比较存在着质的差别，表1给出了PLC与继电器控制系统的功能和特点比较。

4.高炉料钟装料系统

炉顶装料系统，它由旋转布料器、小钟、大钟以及探尺组成。原料由料车送上炉顶后，先装入小钟。小钟下降时，原料装入大钟内，大钟每下降一次，布料器即旋转一次，布料器旋转一定角度（一般采用六点布料，间隔六十度），这样可使进入炉内的料分布均匀。小料钟经过几次下降一批料装入大料斗后，关闭小钟，然后打开大钟，经布料器原料便装入炉内，采用双钟的目的在于装料时交替关闭，以防煤气逸出。

5.结论

高炉工序过程要求较高，上料配料需要精准。根据高炉上料工艺流程，各设备之间需要有严谨的联锁控制，若上料缓慢，非常影响生产节奏，若上料错误，将影响后续的高炉生产，甚至会导致休风和停产等生产事故，因此使用人工操作运行费时费力。采用高炉上料自动控制，代替传统人工操作的继电器控制，提高了上料控制的安全性和可靠性。目前，高炉上料自动控制已普遍运用于钢铁企业的生产之中。

参考文献

[1]马竹梧编著.炼铁生产自动化技术[M].冶金工业出版社，2005

[2]胡运杰.简述高炉上料系统自动化控制[J].数字技术与应用，2011（02）