高炉控制系统研究

高炉控制系统研究（精选十篇）

高炉控制系统研究 篇1

高炉槽上供料系统是高炉原燃料供应流程的重要环节,它承担着为高炉槽下配料系统提供原料、为高炉冶炼储备原燃料的关键任务,与槽下配料顺行与否以及保证高炉高利用系数密切相关。槽上供料系统一旦出现问题而又不能及时合理处理,将严重威胁高炉生产,造成巨大经济损失[1]。因此,高炉槽上供料系统控制策略的研究与应用迫在眉睫。

根据卸料小车定位传感器的不同,其控制方式分为3类:(1)基于格雷母线定位的卸料车控制方式,该控制方式可以实现卸料车的精准定位,但由于格雷母线价格昂贵,该控制方式对传感器的成本投入要求较高,直接影响了该控制策略的推广应用;(2)基于编码器定位的卸料小车控制方式,该方式对小车刹车时产生的滑动缺乏有效检测,且编码器价格昂贵,其技术瓶颈和价格劣势制约了此类控制方式的推广应用;(3)采用接近开关定位的卸料车控制方式,接近开关定位准确,价格低廉,易于维护,该控制方式在多种场合中广泛应用。但在第3种控制方式下,控制策略的自动化程序和安全性方面仍然存在以下不足之处:(1)控制策略多为手动控制策略,即操作人员选择卸料仓位,小车行至该料仓时进行卸料,手动操作大大增加了工人的劳动强度,同时易造成亏料、溢料等生产事故,影响槽上供料系统顺行;(2)卸料车多采用单峰布料方式,料仓内料面不平整,影响料仓容积率,无法保证供料线设备检修等特殊情况下料仓的备料能力;(3)卸料车安全控制策略较为单一、不够完善,无法保证特殊情况下卸料车的远程控制安全[2]。

针对现有控制方式和控制策略的不足,我们为高炉槽上供料系统提供一种基于接近开关定位的卸料车控制策略,该控制策略通过对当前限位和目标限位的比较,提高了任意料仓任意限位的组合情况下控制策略研究成果的复用性,实现了多峰卸料,保证了料仓容积率。同时,实现传感器失灵等情况下安全保护和控制策略的通用性,保证原燃料供应的顺行和料仓的备料能力。

1控制对象

来自烧结机、原料场和焦炉的烧结矿、球块杂矿、焦炭经各自的运输线运至高炉槽上矿焦槽顶部,通过烧结矿卸料车、球块杂矿卸料车、焦炭卸料车卸入各自料仓中。图1是槽上供料系统的卸料小车的典型工艺流程图,本文所提出的控制策略可以适用于类似的卸料小车工艺流程。

BC—槽上皮带机;Tr—卸料车;C1～C8—1～8号料仓;X0-1—卸料车后极限位;X0-2—卸料车前极限位;Xa-b—a号料仓b号限位(a=1～8,b=1～3,a和b为整数,如:X1-1即为1号料仓1号限位)。

2控制策略

槽上供料策略核心是控制卸料车将原燃料送至指定料仓中,保证料仓不亏料、不溢料、不混料和高容积率,保证控制策略的通用性。具体策略是通过对料仓料位的连续检测和计算,控制程序获得各个料仓的料位数据和料位状态,通过比较各个料仓的料位数据,结合料仓的料位状态,程序自动设定卸料车的目标仓位和目标限位,并发出卸料车开往某个料仓卸料的命令,保证料仓不亏料、不溢料;通过对目标限位和实际限位的逻辑比较,程序将产生卸料车前进或后退命令,实现卸料车的自动运行;多峰卸料控制策略采用了定时方式,实现了卸料车同一料仓各个限位均匀卸料,减小了料仓堆尖高度,保证了料面平整度和料仓高容积率;极限位停车和限位失灵时的保护策略,实现了限位故障时的自动判断和自动切除,确保了在传感器故障时,卸料过程不混料;本控制策略提供了禁用限位和禁用料仓功能,保证在任意限位故障时控制策略的通用性。策略主要由以下5部分构成。

2.1卸料车目标仓位和目标限位计算

程序实时采集进料矿种的各个存储料仓的料位数据,并计算各个料仓的料位状态:料位低(料位略高于亏料料位)、料位正常、料仓料满(料位值略低于溢料料位)。通过实时比较各个料仓的料位数据,结合料仓的料位状态,程序自动计算出卸料车的目标仓位,并驱动卸料车自动前往目标仓位进行卸料。例如:当前进料矿种为南非矿,存储仓为1～4号料仓,小车正停止于2号料仓2号限位进行卸料。程序实时采集1～4号料仓的料位数据,并计算1～4料仓的料位状态,若3号料仓料位低且2号料仓料位正常或料满,程序自动将3号料仓设定为目标仓位;若2号料仓料满,程序则会比较其余3个料仓的料位数据,将料位最低的料仓设定为目标仓位。当1～4号料仓均料满时,程序将停止寻找目标仓,并向原料厂供料控制系统发送停料请求,在接收到对方的应答信号延时一段时间后,程序将依次逆续停止槽上块矿线皮带机。在寻找目标仓过程中,程序会自动选择目标仓中离当前位置最近的限位作为目标仓的目标限位,以保证卸料小车的最短行驶距离。程序判断逻辑如下:若小车目标仓位值Mc大于实际仓位值Sc,则目标限位为Mc号料仓1号限位;若小车目标仓位值Mc小于实际仓位值Sc,则目标限位为Mc号料仓3号限位。

2.2小车前进和后退控制

程序分配2个寄存器R1和R2,R1存储卸料车到达(所在)矿仓的实际位置信息,R2存储程序下达的小车要去的矿仓的目标位置指令信息,表1所示为寄存器R1和R2的数值含义。例如:程序计算出小车目标位置为2号料仓3号限位时,R2寄存器赋值为6;现场3号料仓1号限位有信号时,R1寄存器为赋值为7。

程序通过比较R1和R2寄存器中的数值确定小车运行方向。如图1所示,1～8号料仓方向为正向,如果R2中数值大于R1,则小车正向行驶;如果R2中数值小于R1,则小车反向行驶;如果R2与R1中数值相等,则小车停止。

R1寄存器的实际位置信息对正确控制小车的运动具有至关重要的意义,为了防止人为感应限位开关带来的误信号,只有当小车在前进或者后退时感应到的限位开关信号,程序才认定为有效数据存储到R1寄存器中,这样大大降低了停机检修时人为感应限位开关带来的不良信号干扰。

2.3多峰卸料实现

多峰卸料策略是供料控制策略的重要组成部分之一,程序采用定时方式,控制卸料车每隔一段时间移动一次位置,在同一料仓的3个限位上自动行走,顺序为“1-2-3-2-1”或“3-2-1-2-3”。按照既定的设定时间,小车可在料仓的多点自动卸料,实现了多峰卸料,确保了料仓高容积率。若此时接收到某料仓亏料或所在料仓料满信号后,小车则停止当前的多峰卸料,自动前往目标仓位。

2.4故障保护和报警

安全保护策略包括极限位停车保护和限位失灵判定与保护。极限位停车保护是当出现极限位信号时,程序将无条件停止卸料车,同时停止卸料车所在皮带机,该保护策略可有效防止小车冲出轨道和在料仓外堆料的情况发生。限位失灵的判定和保护是在卸料车带常规负荷的情况下,程序自动测算卸料车在相邻料仓之间、相邻限位之间的运行时间,从而可以计算小车在任意两个限位间的理论运行时间。当卸料车开往目标限位的实际运行时间超过理论运行时间5 s(可调)时,程序自动判定当前目标限位故障,同时,自动禁用该限位,这时程序自动选择当前目标限位所在料仓的其他限位作为新的目标限位。若某一料仓3个限位均失灵而无法正确停车时,程序会自动禁用该料仓,小车便会自动寻找下一个目标仓停车。当料仓出现溢料情况时,程序无条件停止卸料车和卸料车所在的皮带机,以防止溢料情况加剧。以上任何故障信息出现时均可在控制室内进行声光报警,提醒操作人员及时进行检修和处理。

2.5限位失灵或料仓故障时的自动控制

为了保证在限位失灵或料仓故障时自动控制策略的复用性,自动控制策略支持人工选择禁用失灵限位和故障料仓而不影响这个自动控制策略的可靠性。当小车在多峰卸料和寻找目标仓时,程序会自动跳过被禁用的限位和被禁用的料仓。例如:卸料车在1～4号料仓装南非矿,如果1号料仓2号限位失灵、4号料仓检修,则可选择禁用4号料仓和禁用1号料仓2号限位,程序依然可以实现小车在1～3号料仓的自动装料,这时如果小车在1号料仓多峰卸料时则只停靠1号限位和3号限位。禁用料仓的实现方法是任何一个料仓被禁用,程序会认定该料仓已经料满,小车便自动跳过料满的料仓去其他料仓中卸料;禁用限位的实现方法采用规则法,归纳后逐一列举各种限位失灵的情况,当某一料仓3个限位都失灵后,自动禁用该料仓,自动控制策略仍可以继续进行。

3控制策略应用

本控制策略在实际应用过程中,对于新建的项目,可采用PLC的SCL语言编程实现。对于技术改造的项目,可将本控制策略以模型的方式嵌入到原有控制系统组态平台的运行环境和操作平台下,利用可与之相兼容的Visual C++语言进行全自动控制策略模型的编写,数据通信采用基于OPC技术,主要完成的功能是从控制系统的OPC服务器取得实时数据,利用全自动控制策略模型,实现现场设备控制,完成集散系统与应用软件的无缝连接[3,4]。系统的数据流程如图2所示。

4结论

该控制策略已经于2009年10月、2010年11

月、2011年12月分别在涟源钢铁集团有限公司3 200 m3高炉、南京钢铁联合有限公司8#高炉、方大特钢科技股份有限公司新2#高炉的槽上原燃料供应系统中投入使用。应用结果表明,本文所讨论的控制策略,不论对于新建的槽上供料系统,还是改造的槽上供料系统,均很好地实现了卸料车全自动多峰卸料,确保了传感器失灵等情况下的安全保护,本控制策略可以保证在任意接近开关故障情况下应用的有效性和通用性,保证原燃料供应的顺行和料仓的备料能力。这是传统的控制策略无法做到的。

参考文献

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高炉控制系统研究 篇2

梁玉君白金德

（西宁特殊钢股份有限公司西宁810000）

摘要：针对高炉喷煤系统设计中一些认识上的差异，探讨了设计观念以及原煤贮运、制粉、喷吹、烟气制备、控制系统、能源介质等子系统的部分问题，提出了初步的优化改进方向。

关键词：高炉喷煤优化设计

中图分类号：TF538.6+3文献标志码：B

Consideration of blast furnace coal injection system designing optimization

LIANG Yu-junBAI Jin-de

(Xining Special Steel Co., Xining 810000)

Abstract：Aiming at the understanding difference on blast furnace coal injection system designing, part of the problem discussed design concepts and coal transportation, milling, injection, waste gas preparation, control systems, energy, media and other subsystems, proposed improvements to optimize the initial direction.Keywords：blast furnace，coal injection，optimization，design

1引言

高炉控制系统研究 篇3

【摘要】本文主要介绍邯钢60MW发电机组汽轮机DEH控制系统的原理、构成以及实际应用。该控制系统是以汽轮机组为控制对象，完成对整个机组的调节控制和保护，使得汽轮机组的控制与操作更加可靠。

【关键词】DEH；505E；电液伺服；SPC；LVDT

1、热电联产机组控制的特殊要求

邯钢60MW发电机组为可调抽汽凝汽式汽轮机，可以同时供热和供电，它和同容量的冷凝机组相比，控制与保护要求差异较大，应用505E系统可以满足各项控制要求。

1.1解耦调节

该调节方式，机组热负荷、电负荷独立调节。汽轮机在一定的工况范围内，热负荷的变化，不影响电负荷：反之，电负荷的变化，也不影响热负荷。

1.2不解耦调节

该调节方式，机组热负荷、电负荷联系调节。汽轮机在一定的工况范围内，热负荷、电负荷的变化影响高、低调节阀的动作，以满足热负荷、电负荷的变化要求。

2、控制系统介绍

DEH主要功能，如启动、转速控制、电功率控制、热负荷控制、运行状态及参数监视、超速保护、自动遮断及手动打闸等。控制系统主要性能如下：

3、系统的构成与配置

DEH系统的测量、控制和外部接口部分。由工业控制计算机、505E控制器、西门子S7-300PLC控制系统、外部接口电路、电源系统、信号检测回路、以及计算机操作站等构成。

3.1电源系统

DEH系统电源分为220VAC、220VDC、24VDC三類。PLC系统电源为220VAV电源，由双电源冗余切换回路完成。220VDC电源由专用直流切换二极管完成冗余切换输出。24VDC电源由菲尼克斯开关电源、菲尼克斯直流电源切换模块组成，电源经内部处理后输出多路稳定、纯净的24VDC.

3.2控制器

控制器采用WOODWARD公司生产的505E对汽轮机调速汽门进行自动控制。该DEH控制系统，适用于纯凝式发电机组和，凝抽式发电机组的控制，可对两个调门进行控制。

3.3外部接口电路及信号检测回路

现场检测元件主要对机组的，转速、功率、蒸汽压力等参数进行检测。使用两线制电磁式传感器测量机组转速。使用智能压力变送器，对蒸汽压力进行检测。在发电机出口高压柜安装，功率表对发电机功率进行检测。

4、505E自控系统工作原理及控制回路构成

4.1505E工作原理

505E控制精度高，热电负荷自整性高，能实现升速（手动或自动），配合电气并网，负荷控制，抽汽控制及其它控制，并与DCS通讯，控制参数在线调整和超速保护功能等。DEH系统将机组实际和设定转速的运算后输出标准4-20MA信号给SPC伺服控制器，电液伺服阀接收SPC伺服控制器的开度信号，对高调门和低调门的开度进行调整，减少实际和设定转速的偏差，达到转速控制。

4.2505E调速自动控制回路构成

4.2.1模拟量输出

DEH系统中505E的高低调门控制信号为4-20MA，分别输出到高调门和低调门的两个SPC控制器中，通过在SPC控制器中编程组态，来满足现场实际需求，根据生产实际需求，修改相关控制参数，可以进行阀门整定，调零、调满。

4.2.2数字量输入及输出

505E共有数字量输入点16个，其中，停机，外部复位，转速升高，转速降低为系统指定点。其余接点可组态使用，也可组态外部停机，投入解除抽汽控制，外部运行，抽汽升高，抽汽降低。数字量输出点八个，两个为停机输出和报警输出，其余通道可以根据现场要求组态。

5、汽轮发电机组自动调速控制系统的功能及作用

汽轮机可在纯凝工况或抽汽工况下列任何一种运行方式下安全经济地运行：系统的基本自动控制功能是汽轮机的转速控制和负荷控制。

5.1启动升速及转速控制和保护

可以选择自动，手动，两种启动方式开机，这两种种方式的切换可以在505E控制器编程组态模式下进行组态。

5.2负荷控制及停机

该系统能在发电机组并网后，根据机组工况，通过在DCS上位计算机进行转速设定，可以对机组进行升降负荷。遇到紧急情况可以自动发出停机指令，保证机组安全停机，也可按照相关操作规程顺序停机。

6、结束语

该DEH系统使用505E为主机，其硬件及软件经过多年运行的考验，保证系统可靠性。转速、停机等重要型号采用多路采集，通过控制器识别分析参与控制，保证了系统控制的可靠性、稳定性。该系统自投运至今，运行平稳，控制精准。提高了设备自动化程度，减少人员配备并有效的保障了邯钢高炉煤气发电机组的“安、稳、长、满、优”的运行。社会效益和经济效益显著。

参考文献

武钢1#高炉五车制控制系统研究 篇4

武钢1#高炉是武钢第一座高炉,它的有效容积2200m3,上料系统采用PW式无料钟炉顶。该高炉最后一次大修后于2010年4月点火开炉,投产半个月内利用系数即达到了2.0以上,实现了大修高炉快速开炉达产。随着我国现代化进程的不断加快,对钢铁需求的数量与质量与日俱增。我国的钢铁生产工艺正向数字化的高新技术方向发展。作为整个钢铁生产中的重要环节,高炉炼铁工艺中的高新技术应用尤为重要,其技术指标对整个钢铁工艺流程有着直接和显著的影响。其中高炉上料系统为整个高炉的核心设备,负责原料的输送。对高炉上料系统采用合理优化与控制,成为现代钢铁工艺中的一个重要课题。

1 武钢1#高炉概况及设备简介

武汉钢铁1#高炉从事炼铁生产,采用料车上料,串罐式炉顶。高炉工作时,按每批料的矿石、燃料的需要量进行称量和配料后,由上料小车送往炉顶,再由炉顶装置按设定要求向高炉布料。

1.1 槽下配料设备

本项目中的主要现场设备包括:

(1)储料装置。东西小矿槽和东西大矿槽共有20个槽,分别装载冶炼所需的矿石和球团等品种,另外有东西焦槽各一个。

(2)上料装置。槽下采用主卷扬机拖动,采用南北各800kW交流电机拖动。

(3)碎料返仓装置。碎料系统采用返焦皮带系统和返矿皮带系统。

(4)矿料称量装置。称量六套,即东西焦矿槽共四套,东西焦丁称量斗各一套。

(5)其它焦丁卷扬系统和闸门系统等。

1.2 高炉炉顶主要设备

高炉炉顶装料设备是用来将炉料装入炉内并使之合理分布,武钢1#高炉采用无料钟(串罐式)的炉项布料系统。

高炉无料钟装料系统的组成如下。

(1)受料装置(接受料车上料):

上料罐,上料阀,下料罐,下密封阀,料流调节阀,均压放散阀等。

(2)布料装置:

布料溜槽(可按控制要求倾斜、旋转向炉内布料)。

(3)布料料流调节装置:

主要由料流调节阀组成;料流调节阀的作用是调节向高炉布料的料流速度。

(4)液压系统:

给油缸驱动的机械提供动力。

(5)料罐压力调节装置:

用于调整料罐压力,确保顺利装料、布料。

2 1#高炉上料系统的改进

目前武汉钢铁集团公司高炉上料系统采用的是四车制上料方案,该方案中,由于焦矿1:5比例的分配原因,使两个焦炭槽不能完全利用,6吨容量每次装载4.3吨,利用率不足80%,制约了高炉上料的能力,降低了炼铁的效率。对此本文拟开发出五车制上料方案,对高炉上料系统进行五车制改造。该方案中焦炭槽能够完全利用,两车焦炭槽共装约12吨原料,而根据约1:5比例分配三车矿槽,能够充分利用原料且比例合适,这使上料系统的能力显著提升。

2.1 工艺流程

在武钢1#高炉系统中,槽下系统、上料系统与炉顶布料系统三者紧密相连。因此,在对系统整个工艺流程进行分析时,应将这三个子系统结合起来看。高炉上料系统总体工艺流程图如图1所示,首先,是对上料数据的输入,并校验其正确性,如果校验结果正确,则进行上料矩阵的设置,如果不正确,则进行数据重传,再次校验,这样反复循环直至校验正确。然后,再对槽下系统的矩阵进行分配,为配料、装料和上料做准备,完成配料后装料、上料。在料车到炉顶上料过程中,对上料是否完成进行判断。最初要判断上焦是否完成,若完成,则进行焦炭的炉顶布料,若没有完成,则继续上焦;然后是对三车矿石上料,并对其完成与否进行判断,同样,若完成,则进行矿石炉顶布料,若没有完成,系统继续进行矿石上料。当以上步骤全部执行完之后,系统进入下一批次的上料循环中。该工艺流程的组态界面如图1所示。

2.2 PLC核心控制系统

(1)PLC控制系统的硬件配置

如图2所示,PLC部分采用施耐德QUANTUM系列534-14CPU。

通讯采用NOE771-00通讯模块,以TCP/IP以太网方式通讯。

槽下PLC系统由六个机架组成。

(2)高炉上料PLC系统的人机操作界面

人机操作画面用于操作画面的显示和操作,选用Wonderware公司的INTOUCH软件。

武钢1#高炉上料系统界面图如图3所示。

(3)PLC编程核心代码

本系统是基于法国施耐德PLC进行设计,以实现武钢1#高炉上料系统五车制改造。通过PLC及其网络的应用,可以显著提高高炉上料系统的自动化水平和可靠性,实现上料系统的实时监控和灵活方便的工艺配方。该系统的PLC编程核心代码如图4所示。

2.3 使用效果

1#高炉使用不同车制后,对高炉的操作更加灵活,可根据高炉炉矿随时调节矿批,提高上料速度,采用五车制操作方案后,高炉各项技术经济指标均有不同程度的提高和改善。使用五车制后,日产量,利用系数由2.225t/(m3·d)提高到2.364t/(m3·d),入炉焦比由386.3kg/t下降到356.6 kg/t,并且进风面积由0.4435m2扩大到0.4560m2,炉顶煤气中CO2含量由18.4%提高到21.5%。

2.4 经济效益

武钢的冶金焦炭和煤矿紧缺,使用五车制操作方案既可以将高炉矿石的上料能力由420t/h增加到480t/h,又可以提高焦矿的利用率、弥补部分冶金焦矿的不足。焦炭价格415元/t,焦丁价格170元/t,年增加焦丁量为7.425万吨,年节省焦炭量为7.425万吨,年经济效益为(415-170)*7.425=1819万元。

3 结束语

本文结合实际武钢科技进步项目—1#高炉上料系统五车制改造,开发设计了一套高炉上料五车制自动控制系统。项目跟踪国内外先进技术,采用当今先进的无料钟炉项设备,增加设备可靠性并减少备件消耗量,节约成本。在综合国内外生产过程控制的技术发展的基础上,开发设计了可编程控制器控制系统。在该系统中,PLC(可编程控制器)作为核心部件,对整个生产线起着监测和控制的作用,对各类电磁阀等机械部件发出控制指令,并结合组态软件能完成预期的要求。与四车制高炉上料系统相比,改进后的五车制系统使得武钢1#高炉平均利用系数从当初的2.225t/(m3·d)提高到2012年的2.364t/(m3·d)。在整个提高过程中,上料系统无论从操作的制度,还是设备的整体性能都进行了大量的改进和提高,确保了高炉炉况的稳定和顺行,实现了各项生产指标的改善和提高,大大优化了技术经济指标。

摘要：针对武钢1#高炉上料效率低的问题,开发设计一套高炉上料五车制自动控制系统。首先详细叙述高炉上料系统的工艺流程,并在此基础上,运用PLC技术,提出独创性五车制控制系统方案,通过对比改进前后系统的部分生产指标、使用效果和经济效益表明,该系统能有效提高高炉上料能力,并达到稳定炉况和优化提高各项技术经济指标的目的。

关键词：高炉,上料系统,五车制,可编程控制器

参考文献

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高炉控制系统研究 篇5

关键词：PLC 除尘改造 自动控制 组态王

中图分类号：TP302.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0071-02

钢铁冶炼过程中会产生大量的粉尘，这些粉尘散入到空气中，会对环境造成很大的污染，如不采取合适的除尘净化措施，将会严重影响周边环境。另外，高炉周边温度高、辐射强度大，也对从事现场工作的工人的安全和健康造成很大的威胁。在目前的除尘净化系统中，除部分高度自动化的控制系统外，很多采用人工控制或半自动控制，现场的很多除尘阀均由人工手动控制，操作不便、运行成本高且除尘效果差，影响了除尘的效果。

1 系统总体设计

该系统主要针对高炉槽下除尘系统部分进行改造，利用西门子S7-400PLC对高炉槽下配料站、传送带、矿仓和除尘装置等设备进行控制，并对运行情况进行实时监控，在用组态王制作的监控画面上进行体现和控制，实现高炉矿槽除尘的自动控制。

1.1 工艺概述

矿槽除尘系统主要由配料站、传送带、除尘装置、管道、除尘阀等组成。配料站由传送带运送物料装入和装出，在运输过程中根据工艺流程将物料置于矿仓进行贮存，在贮存过程中，启动矿仓的振动筛，同时除尘阀打开进行除尘。当矿仓贮存物料到一定的物位时，系统将停止送入物料，关闭振动筛，除尘阀延时工作后关闭。当需向外送料时，将矿仓闸板开启，向传送带送料，秤斗出口部位的除尘阀开启，送料结束后，秤斗出口除尘阀延时工作后关闭。

高炉槽下共有2个杂矿仓、4个烧结矿仓、4个球团矿仓和5个焦炭仓共计15个矿仓；矿仓中置有振动筛，每个矿仓的筛上和筛下分别装有1个除尘阀，秤斗出口处装有1组除尘阀，根据除尘系统的实际需要，共设计了45个除尘点，根据各除尘点的类型，分别选择DN500、DN400、DN350和DN300几种型号的气动阀门；现场设有两组操作箱，分别用于手动控制方式下操作振筛除尘阀门以及矿口除尘阀和放料闸门；控制室中置有一台工控机作为控制平台，运行组态王监控软件，监测系统的运行状态，并根据需要通过组态软件对系统的运行状态进行调整，实现生产过程的自动控制；在配电室中置有PLC控制柜和继电器柜，继电器柜装有继电器，用于手动方式及故障状态下控制矿槽振筛、传送带、阀门等设备，部分用于自动及手动方式下矿槽振筛、传送带、除尘阀门等设备的控制。系统框图如图1所示。

1.2 控制要求

系统的控制方式有手动控制方式和自动控制方式两种，当将操作箱上的转换开关置于“手动”位置时，可直接利用两组操作箱上的控制按钮进行控制，通过对继电器柜中继电器的控制来实现传送带的运行与停止、除尘阀的开启与关闭、矿槽振筛的启动与停止等工作。当将操作箱上的转换开关置于“自动”位置时，系统将处于自动控制状态，此时有两种模式，一种为画面控制，上位机上运行组态王监控软件，现场中各设备的运行状态将通过PLC传送到上位机中，实现生产过程中信息的实时监控，同时可以在组态王监控软件中操作可以以命令形式传递给PLC，控制系统中各设备的运行；另一种为程序自动控制，这种模式下系统可以在无人操作的情况下用PLC进行全自动控制，运行PLC中预置的程序，PLC控制系统各设备的运行，并将采集到的各设备的状态信息传递给上位机，上位机实现系统中各设备及参数的实时显示，实现系统的全自动控制；两种模式可在组态王监控软件中进行操作切换。系统可根据现场情况，控制阀门、振筛、传送带等设备的运行，阀门延时关闭时间等参数可以根据现场需要在软件窗口中进行调节。

2 控制系统硬件设计

控制系统主要由上位机、主控制器PLC及相关模块、网络设备、电源模块、控制柜、操作箱等组成。

上位机采用工业控制计算机，要求具有较高的性能及可靠性，可以运行Step7系列编程软件和组态王监控软件；上位机网卡采用CP1613，用于上位机与以太网的连接和通讯。

主控制器采用面向生产制造和工艺过程的高性能西门子S7-400系列PLC，CPU型号为CPU414H，具有较强的通信功能，带有PROFIBUS-DP和工业以太网通信模块，利用PROFIBUS-DP端口连接到总线，用于同分布式I/O模块间的数据交换。使用CP443-1模块作为通讯处理器，连接到工业以太网，与上位机之间的连接，构成TCP/IP标准工业以太网总线系统。

由于现场采集点和控制点较多，利用西门子SIMATIC ET200对I/O数量进行扩展，扩展了两个分布式I/O模块ET200M。使用IM153-1模块作为通讯处理器，将分布式I/O模块连接到总线上，实现与主控制器之间的连接。PLC电源采用西门子专用的电源模块。主控制器电源采用西门子S7-400专用的电源模块PS407-0DA，该模块将发送一个故障信号给CPU，具有后备电池，当系统掉电时，转由后备电池供电，所有的参数设置和内存里的数据可以保存。分布式I/O模块ET200M电源采用PS307 5A电源模块。

3 控制系统软件设计

控制系统的软件设计包括上位机的监控界面、程序设计和下位机的PLC程序设计。对于监控软件，选用亚控科技的专业工业控制组态软件组态王6.53；编程软件选用的是西门子的STEP 7编程软件，用于S7系列PLC配置和编程。

3.1 上位机设计

利用对组态王软件对系统进行二次开发，根据系统控制要求，用组态软件系统内部提供的图形控件库来绘制模拟的除尘系统，并配合以图形、动画、数据等显示，构成符合整个系统的界面图形，完成高炉矿槽除尘系统的生产过程的管理和监控，并可显示温度、压力、流量等现场实时数据，可对历史数据进行记录、分析和整理，利于生产过程的总结和工艺的优化。本系统共设计了全局控制、参数设置、参数控制、趋势曲线、实时数据、历史数据、数据管理等10余幅界面，在每个界面都设置了数个自定义功能按键，在运行的过程中可以通过设置相应的功能按键便可切换对应画面并实现相应的控制功能。

3.2 PLC和组态王的通讯

组态王软件支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等，通过串口、USB接口、以太网、总线、GPRS等常规通讯接口方式进行数据通讯。组态王与PLC的通信采用PPI通讯协议，通过计算机的串行口与PLC进行通信，通过访问PLC相关寄存器来获得设备的状态，通过修改PLC相关寄存器来控制输出设备工作。在组态王软件中使用类C语言进行编程，对PLC寄存器和一系列变量进行定义，在定义了变量后，直接利用变量名就可对系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示进行读取和设置。

4 结语

通过采用西门子的一整套PLC设备与组态王软件对炼铁厂高炉槽下除尘设备进行改造，提高了矿槽周边除尘的效率和企业效益，保护了现场操作人员的健康，减轻了炼铁厂的污染。系统在除尘现场运转良好，基本实现了无人操作的高效率自动除尘。

参考文献

[1] 廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2] 韩晓新.从基础到实践—— PLC与组态王[M].北京：机械工业出版社，2011.

智能化高炉探尺控制系统研究 篇6

关键词：探尺,模糊算法,闭环控制,智能化,塌料

高炉在冶炼过程中, 操作人员根据料面的位置来决定下一批料的投放, 而料面高低位置的检测是由探尺来完成的, 因而探尺往往被誉为高炉操作人员的“眼睛”。

由于直流调速比交流调速稳定, 所以目前直流调速的探尺控制系统应用比较广泛。

而在目前使用的直流调速的探尺控制系统中, 普遍采用的是速度开环控制, 可靠性较差、故障率相对较高, 而少数采用速度闭环的, 也是在直流控制器内做的速度闭环, 代价是采用高性能的直流控制器, 还需要安装独立的编码器给直流控制器以提供速度参数, 且调节能力有限, 智能化程度不高, 对传动系统摩擦阻力变化、塌料等情况应对能力不足, 并且由于其速度调节是独立于PLC的, 使得PLC缺乏对探尺状态的实时掌握, 因而在出现意外时往往无法做出合理应对。

而本文介绍的系统, 是在PLC内部建立速度闭环, 既不需要任何硬件调整, 又可使得PLC实时掌握炉料信息 (如塌料、塌料深度等) , 以便对生产中出现的意外做出合理应对, 大大提高了系统的智能化。

1 探尺的工作原理

由直流电机组成的探尺控制系统应用广泛, 其硬件组成如下图:

探锤各状态受力、速度方向情况如图:

说明:

Md是由直流电机产生的提升力矩, 方向始终向上;

Mz是机械传动部件阻尼等产生的阻力力矩, 在“提尺”时方向向下, 而在“放尺”时方向向上;

Mg则是由探锤自身重力产生的重力力矩, 方向始终向下;

Mk为料面支撑力矩, 方向向上。

首先, PLC根据编码器提供的探尺位置数据, 求导得出探尺运行速度, 即反馈速度v, 同时设定一个提尺、放尺速度, 即给定速度v0, 然后在PLC内部运用算法构建速度闭环控制系统模型, 并据此输出4~20m A电流给直流控制器, 以调节直流电机输出的力矩, 即Md。

如图:

1.1 提尺

高炉每次上料前, 需将探尺提升至零位, 提尺时PLC通过直流电机调节Md, 使得探尺先加速提升, 直到v=v0, 此时Md=Mg+Mz, 探尺匀速提升, 到零位停止, 提升时, 电动机电磁力矩方向和电动机转向相同, 为驱动力矩。

1.2 放尺

加完一批料后, 探尺应立即下放以便探测料面, PLC再次调节Md, 使得探尺先加速速下落, 直到v=v0, 此时Md=Mg-Mz, 探尺匀速下落;

到达料面瞬间, Mg=0, 但由于惯性, 若不及时制动, 探尺将会倾斜并“倒尺”;

为防止“倒尺”, 放尺时, 当v=v0后 (取上升沿) , 运算v≤50%v0, 若成立, 则判断探尺“到达料面”, 因为只有在接触到料面时探尺速度才会大幅衰减;

此时, PLC输出制动力矩Md, 使探尺迅速制动并处于立直状态悬停于料面;放尺时, 电磁力矩方向与电机转向相反, 为制动力矩。

1.3 跟随料面

当PLC判断“到达料面”后, 放尺结束, PLC控制直流电机给出制动力矩Md, 此力矩Md=Mg, 使探尺立即停尺并悬浮于料面, 因此时力矩较大, 为保证探尺更好的跟随料面, 在此力矩保持5秒时间使得探尺稳定后, 减小Md, 使得探尺刚好维持直立而不会倾斜倒尺;此时Md=Mg-Mk, 电动机处于堵转状态;当料面下降时, Mk减小甚至为0, 探尺在Mg的作用下跟随料面下行。

探尺的跟随性是判断探尺系统好坏的一个重要因素, 若Md太大, 则Mk就小, 重锤就不易完全跟随料面, 容易发生重锤悬停现象;若Md太小, 则Mk就大, 探尺易发生倾斜倒尺。

因而在跟随料面时, 我们取的Md的值刚好是维持探尺不倾斜倒尺的临界值, 也就是可能的最小值, 以保证它能最好的跟随料面。

在跟随料面时, 若发生“塌料” (料面瞬间下落) 时, Mk瞬间减小为0, 此时由于Md

当料面塌陷到料线以下时, 传统探尺系统会在到达料线时就提尺而给出错误数据, 而在本系统中, 因PLC有“到达料面”的判断, 所以可取“到达料面”和“到达料线”两个条件都满足时方可提尺, 这样就可保证料面数据的真实可靠。

2 探尺直流控制器的电路分析

探尺控制系统电路图如下图所示, 该直流控制器为西门子6RA7018, 直流电机为4.5KW, 电机输出力矩由外部4~20m A电流控制, 该电流由远程PLC系统提供。

说明:

该直流控制器电路分主回路进线, 主回路出线和控制电路。

主回路进线包括电枢电压整流装置3相380V交流进线, 接端子1U1、1V1和1W1;直流电机他励式励磁回路整流装置2相380V进线, 接端子3U1和3W1;

主回路出线一路接电机电枢, 端子为1C1和1D1, 一路接电机励磁绕组, 端子为3C和3D。

控制回路包括220V交流进线电源, 接端子5U1和5W1, 另有故障输出无源点、电枢电压、励磁电流等输出信号, 外部给定信号主要有允许、合闸、提尺、放尺、4~20m A力矩给定等信号。

控制回路可提供电枢电压、励磁电流等信号给外部显示表, 还可提供故障信号参与控制。

3 调试

调试前先检查电机、减速箱、链带、探锤等硬件是否正常, 电气线路是否正常, 接线是否正确, 确认无误后对直流控制器进行电流环、速度环优化, 并设定参数如下:

P076.001=4012A电枢电流

.002=402A励磁电流

P078.001=400400V电枢额定输入电压

.002=400 400V励磁额定输入电压

P100=12.3电动机电枢额定电流 (根据电机铭牌)

P101=440电动机电枢额定电压 (根据电机铭牌)

P102=2.03电动机额定励磁电流 (根据电机铭牌)

P083=3无测速机运行

P082=1励磁运行模式

P084=1电流闭环控制,

P169=0 (0)

P170=1 (0)

P430.001=B10

.003=B16

P431.001=0011

p700-2

P433=K408

P771=106

P750=266 (P755=266) 模拟量输出选择回路

PLC编程时, 针对提尺、放尺、4~20m A模拟量输出三个端口进行编程, 尤其是4~20m A模拟量输出口, 在提尺和放尺时, 走速度闭环调节, 而“制动力矩”和“跟随料面力矩”是两个固定值, 需在调试中确认。

4 结语

本文介绍的探尺控制系统, 已经在北海诚德镍业有限公司的1#、2#高炉上使用, 它是基于PLC内部实现的速度闭环调速, 甚至可用于交流的变频控制系统, 通用性强;

不需要设备硬件调整, 成本低;

在探尺整个运行过程中, 能智能调节提升力矩Md, 以抵消阻力力矩Mz变化对系统造成的影响, 可靠性高、维护工作量小;

跟随料面时, 给出的Md是临界值, 能最好的跟随料面;“塌料”时, 能迅速下落并重新找回料面, 在料面塌陷到料线以下时, 也能越过料线“到达料面”, 确保了料面数据的真实可靠。

该系统概念新颖、调试简单方便, 且功能完善, 具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]冯宝泉, 赵春雷.全数字直流调速系统在刘庄煤矿的应用[J].煤矿机电, 2010.

[2]李森田.龙湖煤矿提升机全数字直流调速系统[J].山东煤炭科技, 2011.

高炉控制系统研究 篇7

关键词：高炉鼓风机,喘振,防喘振控制,优化

高炉鼓风机是高炉设备的心脏, 所输送的高压风流经热风炉加热到约1300℃, 由设在高炉炉腹下的环型风管, 通过安装在高炉四周的风口吹入高炉内。万一送风切断, 高炉不能继续生产铁水, 同时因炉内支撑矿石、焦炭等料物的力突然消失, 势必料物下榻, 且炉底的铁水、渣就会飞溅, 使风口灌渣、灌铁水, 这就形成高炉重大事故[1]。喘振是透平压缩机械的固有特性, 对轴流压缩机所造成的危害极其严重, 一旦喘振机理发展成逆流, 在极短时间使高炉鼓风机毁坏, 在世界各国都有事故先例, 我国的高炉鼓风机中也发生过逆流事故, 造成机组全部损坏[2]。基于防喘振控制技术的重要性、复杂性和难度性, 本课题针对高炉鼓风机防喘振控制系统的分析与研究有着重要的意义。

1 喘振发生机理

在生产中, 轴流式压缩机总是与管网一起联合工作[3]。图1为压缩机和管网联合工作性能曲线, 曲线I是管网的阻力线, 曲线ABC为压缩机的特性线, P为管网压力, Q为压缩机进口流量。

正常工作时, 机、网在两曲线交点B工作。随着高炉炉况的变化或管网阻力增加, 则管网阻力线从位置I移到II, 机、网系统工作点向上移动, 工况向小流量偏移。当流量减少到正常工作允许最小值时, 工作点移到C点, 此时压缩机通道受阻堵塞, 因失速而造成特性曲线出现断裂, 使气流产生强烈脉动, 出口压力突然下降至G点。由C点过度至G点是随外界管路容积的影响, 容量越大, 过渡状态越复杂, 当容量足够大时, 这种过渡可能使倒向气流超过极限F点, 从而解除失速恢复正常B点。若造成失速的管网条件没有消失, 则又回到C点, 此过程循环发生称为喘振[4]。

2 防喘振控制设计的基本理念

高炉鼓风机防喘振设计除了考虑保护设备自身外, 更要考虑为高炉提供安全可靠的生产服务。防喘振控制设计的基本理念主要有以下四方面:

(1) 安全性:足够的安全裕度。一般来说, 真实的喘振线与防喘振线之间留5%~10%的安全裕量[5]。

(2) 可靠性:尽可能扩展安全运行区域。

(3) 可调性:稳定、快速、准确的调节性能。

(4) 高效性:经济运行, 节能降耗。高炉鼓风机是耗电大户, 某钢厂高炉鼓风机每年耗电约10亿度电, 占整个厂区总电耗的10%[6]。

3 高炉鼓风机防喘振控制的原理

为了不使鼓风机进入喘振, 而且考虑安全裕度, 人为建立一条防喘振线, 此线由复合演示器内函数回路实现以折线形式设定。如图2鼓风机运行工作画面所示, 其中三条实折线是基于上述防喘振设计理念所设计的。

(1) 防喘振接近线 (黄色曲线) :当工作点超过防喘振接近线时, 鼓风机的“防喘振接近”报警。

(2) 防喘振线 (蓝色曲线) :当工作点超过防喘振线时, 鼓风机的“防喘振”报警, 防喘振调节仪动作, 自动打开放风阀放风, 使鼓风机工作点回到防喘振线上。

(3) 紧急开放线 (红色曲线) :当工作点超过紧急开放线时, 鼓风机的“放风阀紧急开放”报警, 如果同时出现“吐出压力变化大”, 副放风阀全开, 同时主放风阀打开66%[7]。

(4) 防喘振检测:当吸入口差压低, 而且吐出压力波动大, 这两个条件同时满足时, 鼓风机将非正常停机。

4 高炉鼓风机防喘振线的确定

高炉鼓风机组设备安装完成后, 为了验收风机性能是否合格, 必须进行全面的性能测试, 其中制造产家需要作喘振试验, 确定喘振线。

根据防喘振设计原则, 防喘振线与喘振线两线之间留5%~10%的安全裕量, 防喘振线下2%左右设置防喘振接近线, 防喘振线上2%左右设置紧急开发线。表1为某钢厂鼓风机正常运行防喘振线折线参数表。

5 高炉鼓风机防喘振控制的实现过程

当吸入流量为某值, 在复合演示器内就有一个防喘振线上的对应压力值, 以该压力值作为防喘振控制器的设定值, 把鼓风机的排出口的压力经过压力变送器PT-303-2变换成电流信号送入控制器比较判断。若小于设定值, 该控制器输出限制在4 m A, 主副防风阀全闭。排出压力因外界管路系统变化, 压力上升时, 超过设定值, 控制器输出解除限幅, 输出增大, 就按照比例先开启副放风阀, 使鼓风机排出压力下降, 开度仪ZT-304-1使开度稳定在一定值;若副放风阀开度不够, 压力下降不大, 尚未脱离防喘振区, 将继续增大副风阀开度, 直到副放风阀全开后, 若还没脱离防喘振区, 再打开主放风阀。某钢厂高炉鼓风机防喘振控制系统如图3所示。

6 湛江钢铁高炉鼓风项目的优化和改进建议

通过高炉鼓风机的特性曲线分析可知, 安全运行区域的最大化与足够的防喘振控制安全裕度是相互矛盾的。根据以上防喘振控制系统的分析, 湛江钢铁鼓风机项目防喘振控制系统的优化和改进主要有以下几方面。

(1) 设备的选型配置。除了需要考虑设备能力和投资经济问题外, 还要考虑满足将来高炉扩容工艺需求与设备安全稳定运行。

(2) 设备设计优化。鼓风机组一般是根据夏季高常压、冬季高常压和年平均高压条件来设计的, 而湛江鼓风项目结合了炼铁工艺进行了优化, 在此基础上增加了常年运行工况来进行鼓风机设备设计, 这样尽可能让鼓风机在最大效率性能曲线区域运行, 最大限度地做到节能减耗。

(3) 防喘振工艺措施的优化。在排空法防喘振的基础上, 考虑高炉休风前小风量运行、鼓风机开机大气运行等工艺情况, 可设置放风旁通管道回收部分能量。

(4) 防喘振线自动移动功能。设置大气温度湿度等补偿单元对放空线进行修正, 使放空线能自动随着大气条件变化而移动[8], 即设计防喘振动态线, 从而保持与喘振线之间的5%~10%的安全裕量, 既保证了喘振线的安全裕量, 提高了鼓风机防喘振安全可靠性, 又能使安全区域在安全可靠的基础上最大化, 使风机效率发挥到最佳水平。

参考文献

[1]谢建中, 朱建东.高炉鼓风培训教材[M].上海:宝钢分公司能源部, 2007.

[2]毛之仁.高炉鼓风[M].上海:上海宝山钢铁总厂能源部, 1995.

[3]续魁昌, 主编.风机手册[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[4]黄钟岳, 王晓放.透平式压缩机[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[5]杨缨, 陈奇福.高炉鼓风机防喘振控制系统的改造[J].金属材料与冶金工程, 2007, 35 (2) :50-52.

[6]郁鸿凌.高炉鼓风系统效率分析及节电潜力研究[M].上海:上海理工大学, 2011.

[7]宝山钢铁总厂能源部.宝钢高炉鼓风设备[M].上海:上海宝山钢铁总厂能源部, 1983.

高炉供料系统改造方案分析与研究 篇8

1. 供料系统现状及运转率计算

1.1 供料现状

3、4#高炉现共有10个地仓, 6个焦炭仓, 4个矿仓 (2个球团矿仓、2个外矿块仓) , 每个仓的容积为30m3, 由于地仓小, 地仓物料供应不足, 烧结矿与球团矿、外矿块交替加料。

1.2 530m3高炉日消耗

两座530m3高炉按照实际消耗计算, 高炉利用系数3.9t/m3, 焦比400kg/t, 矿耗:1.7, 日消耗物料情况列于表1:

A、焦炭日上料量为:2×530×3.9×0.4÷ (1-10%) ÷ (1-10%) =2041吨/天

焦炭实际上料量:160吨/小时

则焦炭系统每天有效上料时间为:2041÷160=12.8小时

B、矿日上料量为: (2343+659+629+366) *2=7993吨/天

运矿皮带实际上料量400吨/小时, 按照直供烧结矿60%

则矿系统每天有效上料时间为:7993÷400=20小时

C、C4、P4运转作业率:

结合现有设备特点, 经过多年的摸索实践, 尽量减少卸料小车对位、切换流程次数, 保证高炉料仓的高槽位, 每班次加烧结矿、球团矿、外矿块、焦炭各需3回, 则每天卸料小车需对位次数如下:

P4卸料小车每天上烧结矿对位次数=每回小车对位2次*每班上3回烧结矿*3班=小车对位18次。

P4卸料小车每天上球团矿对位次数=每回对位2次*每班上3回球团矿*3班=小车对位18次。

P4卸料小车每天上外矿块对位次数=每回对位2次*每班上3回外矿块*3班=小车对位18次。

C4每天上焦炭对位次数=每回对位3次*每班上3回焦炭*3班=27次。

P4卸料小车从3#炉到4#炉对位烧结矿每次需7分钟, 矿 (包括烧结矿、球团矿、外矿块) 每切换一次品种大约需要2分钟;焦炭从3#炉到4#炉对位大约需要7分钟, 焦炭 (包括本地焦炭和山西焦炭两种) 每切换一次品种大约需要1分钟。

C4每天需增加作业时间: (1分钟+7分钟+1分钟+7分钟+1分钟) *3次*3班=153分钟。

则C4运转作业率为: (12.8+153/60) /24*100%=64.0%。

P4每天需增加作业时间:15分钟*3次*3班+翻板2分钟*6次*3班=210分钟。

P4运转作业率为: (20+210/60) /24*100%=97.9%。

2. 高炉扩建后供料系统的能力测算

扩建后, 580 m3高炉利用系数按照4.0t/m3, 焦比:400kg/t, 矿耗:1.7, 日消耗物料情况列于表2:

按原上料能力计算, 供料系统运转作业率计算

A、焦炭日上料量为:2×580×4.0×0.4÷ (1-10%) ÷ (1-10%) =2291吨/天

则焦炭系统上料时间为:2291÷160t/h=14.3h

B、矿日上料量为: (2629+740+706+411) *2=8972吨/天

则矿系统有效上料时间为:8972÷400=

22.43h焦炭系统运转作业率为: (14.3+153/60) /24*100%=70.2%

矿系统运转作业率为: (22.43+210/60) /24*100%=108%

显然, 原有的矿系统无法满足生产需求, 需要改造。

3. 供料系统改造方案

原供料系统矿系统运转率较高, 所有的设备事故都必须抢修, 所以改造后将矿系统的运转率降到90%左右, 给日常设备维修创造条件。

3.1 方案一:皮带加宽

将矿皮带加宽至1米, 上料能力由400t/h可提高到500t/h, 矿系统有效上料时间为:8972÷500=17.94h

矿系统运转作业率为: (17.94+210/60) /24*100%=89.3%

通过上述计算, 可以满足生产需求, 需要改造的设备有:所有托辊架子、电机、减速机、滚筒、溜槽和卸料小车全部需要更换。

3.2 方案二:提速方案

现所有皮带带速均为1.6m/s, 如果将矿系统作业率降到90%, 需将皮带带速提至:22.43/ (24*0.9-210/60) *1.6=2m/s

需要改造的设备有:矿系统电机、减速机、溜槽需要全部更换。

3.3 方案三:料仓重新布局, 对杂矿仓进行改造

3.3.1 改造方案

原来的四个球团矿仓拿出两个装烧结矿, 使得烧结矿仓由6个增加为8个。相应的对现杂1、杂4仓进行改造, 提高下料口高度, 安装振动给料机及振动筛, 另外焦炭系统的电机、减速机需全部更换。

3.3.2 方案三可行性论证

A、焦炭日上料量为:2×580×4.0×0.4÷ (1-10%) ÷ (1-10%) =2291吨/天

则焦炭系统上料时间为:2291÷160t/h+705.8*2÷400 t/h=17.8h

B、矿日上料量为: (2629+740+411) *2=7560吨/天

矿系统实际上料能力为400吨/小时, 按照直供烧结矿60%

矿系统有效上料时间为:7560÷400=18.9小时

按原加料方法不变, 但由于杂矿仓改成了球团矿仓, 涉及到焦炭和球团矿切换品种需要2分钟;焦炭本身 (包括本地焦炭和山西焦炭两种) 每切换一次品种大约需要1分钟;3、4#炉对位需要4分钟, 系统运转作业率为:

C4每天需增加作业时间:16分钟*3次*3班=144分钟。

故C4运转作业率为: (144/60+17.8) /24=84.2%。

P4每天需增加作业时间:16分钟*3次*3班+4分钟 (直供、落地切换需4分钟) *3次*3班=180分钟。

P4运转作业率为: (180/60+18.9) /24*100%=91.3%。

通过以上论证, C4、P4均可以满足生产需求, 需改造的设备:杂1、杂4仓进行改造, 提高下料口高度, 安装振动给料机及振动筛, 另外焦炭系统的电机、减速机需全部更换。

由表3、表4通过计算可以得出增加2个烧结矿仓, 如果矿系统出现故障, 烧结矿用料可由原来的3.7小时增加到5.2小时。

综合上述三种改造方案的利弊, 结合实际生产需要, 并以节约资金为前提, 方案三为最佳方案

参考文献

高炉电动鼓风机电气系统研究 篇9

炼铁系统高炉鼓风机组是高炉重要的动力设备, 直接影响着高炉稳顺生产。近些年来大型高炉使用大容量同步电动鼓风机, 有逐步取代汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机之势。大容量电动鼓风机启动方便、维护简单、运行平稳, 缺点是电耗较大。

涟钢于2009年10月投产一台电动鼓风机, 为新建3 200 m3高炉送风。同步电机额定容量42 MW, 电压等级10.5 k V, 电机启动采用变频软启动, 同步电机与变频器采用一对一方式, 有单独的35 k V和10 k V系统供电, 其设计和施工由中冶南方设计院总承包。现将电动鼓风机站进行简要介绍。

1 35 k V系统

电动鼓风机站有2条35 k V进线, 均来自于涟钢220 k V总降, 通过母联互为备用, 在正常运行情况下, 总降220 k V未合环之前, 35 k V两段进线不得合环运行。主变所用保护装置为西门子产品, 两段进线设有备自投单元, 当一段进线故障, 母联开关快速合起, 确保不停机、停产, 整个过程要求在180 ms内完成, 此功能对整个鼓风机组冲击较大, 此台42 MW电机在投产之前备投试验只做到带80%负荷, 由于备投瞬间各系统振动较大, 故母线快速备自投功能至今尚未投入。35 k V开关柜为福州天宇产品, 断路器由于合分闸时间要求短, 故为特制断路器。主变为50 000 k VA 35/10 k V变压器。电动鼓风机主电机一次接线如图1所示。

2 10 k V系统

10 k V系统开关柜采用西门子配套开关柜, 有3 000 A和1250 A两种的3AH系列真空断路器共3台, 短路容量为40 k A, 低压侧为铜母排联接。

西门子断路器直流控制电源特点分析如下:

(1) 10 k V原设计方案中的高压断路器本身带有直流欠压脱扣装置, 即直流控制电压消失或降低时, 断路器将自动跳闸。其目的是为了保护开关本体及所带设备, 当真正出现故障需要断路器开断时, 如果恰好没有直流控制电源, 此时开关拒动, 将发生严重事故。欠压脱扣是通过 (图2) 励磁线圈Y失磁来实现其功能的, 励磁线圈Y7监测直流电源, 当失电或紧急跳闸接点K91动作, 断路器将迅速分闸。

(2) 此方案也有其弊端, 当维护人员不小心关掉直流控制电源开关或直流系统发生接地故障时, 开关误跳就会引起停机事故, 对生产存在很大隐患。根据图3所示, 如果按下控制柜上的紧急停机按钮, 则K91、K92两个接触器得电, 同时K11、K12两个接触器动作, 启动开关跳闸回路, 从原理上分析, 需取消直流欠压脱扣, 使其不影响其他回路功能, 因此, 最终决定取消此功能, 在更大程度上保证不对生产造成影响。

3 低压380 V系统

(1) 低压系统配备2台油浸式变压器 (BS9-630/10) 和GCY型低压抽屉柜, 2台变压器高压电源取自另外的10 k V开关站, 低压进线开关为CW1-2000 1250 A M型智能开关。低压开关设置了过流、低电压跳闸等保护。两段低压母线分段运行, 母联为热备用状态, 同时带母联备自投设计, 当其中一段进线失压时, 母联开关迅速合起, 确保不失电。

(2) 低压系统的一类负荷为励磁用UPS及机组动力、润滑油泵等设备。UPS为主电机励磁用, 为确保其可靠性采用了2台西门子UPS (160 k VA、30 min) 并机, 两路从低压室380 V/50 Hz独立进线, 接自投自复装置, 极大程度上确保了供电可靠性。在UPS正常情况下, 2台UPS并机同时输出, 当其中一台逆变器出现故障等情况, 另一台将带起全部负荷。若2台故障时, UPS将自动转换为旁路 (bypass) 运行模式;值得注意的是正常运行时UPS负载较重, 如果外部电源中断或MCC故障, 电池的备用时间为20 min左右, 不注意电池用完会引起停机事故。

4 变频系统

变频系统由降压变压器、整流器、逆变器、升压变压器、电抗器、散热装置及控制模块等组成。变频器的参数如下: (1) 额定电压:2×5.0 k V, 3—phase, 允许偏差:±10%; (2) 额定频率:50 Hz, 允许偏差:±2%; (3) 额定输入电流:2×880 A, 直流环功率:2×6.0 MW; (4) 额定输出电压:2×4.58 k V, 频率控制范围:1∶10, 频率稳定度:±0.5%; (5) 冷却方式:空冷。

变频器启动装置设计在正常状况下, 可以连续启动3次, 60 min后可再启一次。本系统变频器的进线侧整流器使用2个6QC7全控桥, 它是由变频器的二级输出进行换相导通。在电机侧的逆变器采用2个6QC7的全控三相桥, 它的换相导通是由电机的负载和端电压进行的。为了限制电流的变化率在直流环节上设有大容量的电抗器用以改善电流波形防止误跳闸。变频器功率模块的全控三相桥工作在12脉冲触发方式下电流闭环控制, 由来自于电源侧的电压互感器检测的同步电压产生触发脉冲, 用以改变直流环节的电流使之不断改变转矩。因此变频器从电机启动到并网整个过程中都在满负荷状态下运行, 在并网瞬间不会对电网及机械设备系统造成冲击, 实现了平稳过渡的目的。由于功率器件耐压等级限制, 变频器采用高-低-高方式, 先由降压变压器把电网电压降至5.0 k V, 经过整流和逆变后, 再由升压变压器升至10 k V输出。功率回路采用交-直-交方式, 即整流器先将电网电流转换为直流, 再经逆变器转换为交流输出。在整个启动过程中, 功率元件会产生大量热能, 如不及时冷却会对变频器造成严重损害, 冷却装置直接参与控制系统, 就会出现过散热风扇接点问题而导致变频器不工作的故障。

5 主电机及励磁系统

(1) 电动鼓风机主电机为西门子凸极 (实芯) 式转子高压同步电机, 容量为42 000 k W、型号为1DZ2066-8AF02-Z、额定电压为10.5 k V、额定电流为2 548 A、额定转速为1 500 r/min。配套有变频软启动和励磁系统及可变频启动和直接启动2种方式, 由于直接启动要求电网容量要足够大、压降及对机械设备冲击等问题, 所以从未投用过。

(2) 主电机的励磁采用无刷励磁系统, 励磁机参数为:额定输入电压AC133 V、频率50 Hz、额定电流196 A、输出DC80 V/1 115 A。现简要介绍主电机启动和同步时各设备的动作和控制过程, 同步电机的启动和同步过程都是由励磁控制系统控制完成。首先, 励磁控制器自检合格后发出指令给变频器的开环控制系统, 启动变频器的辅助装置及空气冷却器, 此时励磁器开始给电机磁场馈送能量, 合上升压变与主电机之间的断路器, 然后发一个“启动”信号到变频控制器, 变频控制器检测所有的辅助设施是否具备启动条件, 辅助设施检测包括来自于西门子系统的变压器、电机、变频器、励磁系统等是否准备好, 也包括非西门子系统如润滑油、阀门、压缩机等是否准备就绪。待所有反馈信号准备好, 变频控制器合上电源侧与降压器之间的断路器, 电源接通以后主电机按给定的加速曲线使电机加速, 同时变频器中的自动同步装置将时刻对电网电压和电机电压进行比较, 并将比较值送至变频器的闭环控制中, 当转速升至额定转速的95%时, 励磁控制器中的并网切换装置开始工作, 此时电机转速由并网切换装置来控制, 并使电机速度继续上升, 直至变频器输出的相位和频率与电网相同。当并网切换装置检测到电机和电网同步时, 合上电网与电机之间的主断路器, 使电机在电网上定速运行。在合上主断路器的同时, 变频器电流迅速降至零, 逆变器的触发脉冲关闭, 电源与降压变之间的断路器同时断开, 并网过程结束。之后, 励磁控制器监控整个系统工作, 变频器处于准备就绪随时再工作状态。当主电机与电网同步完成后, 由于同步需要, 励磁电流闭环控制会将励磁电流设定在变频器闭环控制系统要求的设定值上, 其方式有功率因数控制、无功控制、电压控制, 根据需求可选择。

(3) 励磁柜是变频启动系统中比较重要的设备, 柜中装有综合保护继电器7UM62, 它实现了失步保护、不平衡保护、逆功率保护、差动保护、过载保护、短路保护等功能。同时励磁机绝缘监视等保护也都在励磁柜中实现。励磁控制器控制整个启动过程, 包括启动电机和控制断路器的分合, 当与电网同步完成之后, 整个驱动系统包括所有保护功能都由励磁控制器来监视。

6 结语

涟钢3 200 m3高炉电动鼓风机电气系统自投产以来一直运行稳顺, 期间出现过外部停电, 电机励磁由UPS电池组供电的情况, 运行人员发现及时并迅速恢复, 未造成影响, 为高炉系统的高效稳定生产提供了可靠保证。

摘要：介绍了高炉鼓风机42MW同步电动机电气系统设备情况和结构特点, 以及电动机启动控制过程, 同时对实际运行中出现的一些问题进行了分析探讨。

关键词：电动鼓风机,断路器,同步电机,变频软启动

参考文献

变频器在高炉卷扬系统中的应用 篇10

[关键词]变频器;PLC;高炉卷扬

1.高炉上料设备概况

高炉上料设备是高炉供料系统的重要设备主要包括料车坑、料车、斜桥、卷扬机或上料机。料车上料机主要由斜桥、料车和卷扬机三部分组成。工作过程中，两个料车交替上料，当装满炉料的料车上升时，空料车下行，空车重量相当于一个平衡锤，平衡了重料车的车厢自重。

1.1料车卷扬机

料车卷扬机是料车上料机的拖动设备，其主要由电动机、联轴节、抱闸、减速机、卷筒齿轮传动机构、卷筒和断电器等部件组成。

根据料车运动的工作过程，其工作特点是：

（l）能够频繁起动、制动、停车、反向、转速平稳、过渡时间短;（2）能按照一定的速度图运行;（3）能够广泛地调速，调速范围一般为0.5-3.5m/s;（4）系统可靠工作。在进入曲轨段及离开料坑时不能有冲击，确保终点位置准确停车。

1.2料车

料车在斜桥上的运动分为起动、加速、稳定运行、减速、倾翻和制动六个阶段，在整个过程中包括两次加速和两次减速。料车提升一次所需要的時间与料车的运动速度和加速度有关，其变化曲线如图1.1所示：

tl时间内：料车起动，重料车开始上行，同时空料车开始自炉顶极限位置下行。此时，钢绳自卷筒退出的加速度不应超过料车的加速度，以免产生钢绳松弛现象。

t2时间内：重料车上行并继续加速到最大速度，一般加速度。t3时间内：料车以最大速度，稳定运行。t4时间内：重料车进入卸料曲轨段之前的（第一次）减速时间。t5为重料车在卸料曲轨段等速行走时间。t6为重料车第二次减速到停车时间。

2、控制系统的选型与设计

卷扬电控系统的选型首先保证系统的稳定性和可靠性，同时考虑操作简单、维护简便、施工方便、系统经济等因素：?

（1）中央控制器选用性价比高的西门子S7-400系列PLC，其CPU采用6ES7412-2XJ05-0AB0，该CPU具有2个Profibus-DP接口，主要用来与变频器通信，采集速度与电流信号。（2）变频传动采用ABB的ACS800变频器，带有专用的提升软件（含有主从应用宏），采用直接转矩控制方式，在零速具有满转矩的特性，带有脉冲编码器和Profibus-DP接口。（3）考虑到施工维护的方便性以及防止线路干扰，采用Profibus-DP总线，在卷扬机附近设立1个ET200M远程站。（4）为了维护方便，设一台上位机，实时监视卷扬机的运行状态并进行记录，以方便故障分析查找。（5）整个系统贯彻冗余的原则。电源冗余：有两路独立的电源给卷扬机供电;传动系统冗余：设有4台变频器，两两互为备用;检测元件冗余：设有两套主令控制器、两套编码器。

3、卷扬控制系统的实现

3.1卷扬系统构成及配置

卷扬系统开关量较多，模拟量较少。系统具体配置情况如图3.1所示。

3.2控制系统软硬件配置与网络配置?

系统采用PLC控制，通过上位机完成系统监控及数据采集记录等功能;采用西门子S7-400组成基础自动化系统;采用Ifix监控软件，编程软件采用step7，WindowsXP作为系统平台界面，组成计算机化的操作系统，实现人机通信。

控制器与上位机之间采用工业以太网通信。主机控制单元接受由I/O接口收集的开关量信号，在实现对设备控制的同时与监控站上位机通信。

传动原理（如图3.2所示）：

图3.2 卷扬系统图

（1）采用独立双路供电，通过双投切换开关QS1来实现。

（2）采用4台变频器，其中1#、3#变频器控制1#电机，2#、4#变频器控制2#电机，1#和2#变频器为一组与3#和4#变频器互为备份，变频器的切换通过选择开关进行切换;电机的切换则由双投切换开关QS2和QS3实现。（3）由于在机械结构上有两个电机，通过用光纤连接两变频器控制板上有主从同步接口板实现主从同步。（4）每台变频器的主回路设有进线接触器，以便在紧急情况下控制接触器的分离，让整个系统断电。

3.3变频参数设置

（1）电机的参数：将电机上铭牌参数，准确地输入到变频器中。卷扬系统要求两电机同步运行，因此需要设置主从同步参数。（2）为精确控制电机，将变频器控制模式的设定为DTC控制模式。（3）加减速时间设定：加减速时间尽可能小，但如果加速时间过小，容易造成变频器过流。（4）料车在减速过程中，需要制动斩波器和制动电阻，因此要对制动功率和制动电阻的大小进行设定。（5）变频器挂在PLC下，将变频器的速度和电流信号传给主PLC，因此需要设定Profibus-DP通信的有关参数。（6）在料车的上行过程中，速度是从低速到高速，然后一次减速、二次减速，最后停车。因此每段的速度是多少，需要根据实际情况设定。（7）变频器的输出信号需要设定。

结论