高炉自动化(控制)技术进步及发展-文献综述.doc

高炉自动化（控制）技术的发展
1 引言
高炉生产是一种规模大、要素多、要求严格的冶炼过程。首先配料必须准确，一旦出现差错，将严重影响炉况，导致高炉休风、甚至停产。还有，设备之间要有严密的联锁控制关系，如果控制失调，将出现槽下跑料现象，轻者浪费原料、人力，重者将导致料车不能正常装料，迫使高炉休风、停产。另外，上料系统必须快速严谨，如果上料慢，赶不上料线，影响产量，而上错料，高炉将不能正常生产，甚至得拉风、休风。总之，高炉是炼铁生产的核心设备，其良好的运行能为后续的生产过程提供充足而优质的原料保证，这对控制系统的可靠性提出了较高的要求。高炉在钢铁厂处于咽喉位置，须及时和稳定地供给炼钢工序合格的铁水，故其能稳定、有序、准确的工作是很重要的 而自动化控制技术的进步必将为此做出新的贡献。
高炉具有流程工业的特点，其自动化功能基础上是以连续控制，批量控制，物流处理为主要内容。以优化过程为主要目标。而且由于高炉生产连续性的要求，在自动化控制系统设计及设备选择上有高可靠性及应急处理的要求。生产过程中危及人生安全的有毒气体的产生及爆炸的可能，在自动化控制系统设计及设备选择上有防止危险产生的措施。
2 高炉自动化技术的简要回顾
高炉自动化技术的发展是随着工艺技术和设备的发展而进步的。高炉炼铁技术历史悠久，随着近年来Corex、Finex等融熔还原炼铁技术的发展，炼铁技术逐步多样化但现代化高炉投入更少，产能更大，特别是高炉炼铁的能耗持续降低 环境条件大幅改善。焕发出了新的活力，体现出越来越强的生命力。
在传统高炉炼铁工艺中通过许多模拟仪表来监控炼铁生产过程。它包括高炉本体及热风炉众多温度、压力、流量数据的监测，综合鼓风的风量、风压、风温、富氧量等参数的检测控制，以及上料和炉内布料过程模拟显示盘等。为了实现高炉生产工艺的自动化控制目标，不断地推进计算机在高炉生产工艺中的应用。到20世纪80年代，实现了以微机为核心的PLC或DCS控制系统取代高炉传统电器和仪表作为基础自动化控制的目标，实现了高炉和热风炉本体参数、槽下配料称量、上料及炉顶布料、煤粉喷吹等工艺参数的集中监控。而多台PC机集中显示各种监控画面、趋势画面、报警画面的应用，使计算机能更直观地、更准确地反映高炉过程的动态变化特征。进入20世纪90年代，高炉控制技术也从基础控制和操作向智能化控制以及信息化管理方向发展，这些发展以各类数学模型和专家系统的开发应用以及炼铁厂级生产管理系统的建立为标志。
3 高炉自动化技术现状
按照目前高炉控制流行的自动化体系结构，典型的高炉自动化控制系统按功能层次可分为基础自动化控制系统、过程控制系统、以及炼铁制造执行系统(MES)3个层面，其中核心是基础自动化和过程自动化。
3.1 基础自动控制系统
基础自动化主要完成生产过程的数据采集和初步处理，数据显示和记录数据设定和生产操作，执行对生产过程的仪表调节电气传动控制。在这个层面上，以PLC、DCS、工业控制计算机为代表的计算机控制已在高炉控制上全面普及。近年发展起来的现场总线控制技术、以太网技术也逐步在高炉基础自动化系统中应用，分布控制系统替代集中控制已成为现代高炉控制的主流。在PLC或DCS控制算法的应用上，已普遍采用PID算法，智能控制、先进控制技术等，并在高炉炉顶压力控制、炉顶布料自学习控制、热风炉燃烧控制、喷煤控制等方面有了较好的应用，取得了一定成果。另外，逐步完善的PLC或DCS高炉过程仿真系统，可进行自动化系统的软硬件综合模拟集成测试，极大的缩短了软件调试时间，为高炉的快速大修赢得了时间。在检测方面，与回路控制、安全生产、能源计量、以及与高炉模型和专家系统相配套的流量、压力、温度、液位、重量等信号的各类检测仪表的配备上比较齐全。色谱仪、质谱仪、微波液位计等高技术智能仪表大量采用：双文丘里流量计、无基坑不断轨道衡等具有自有知识产权的仪表设备的应用。
3.2 过程自动控制系统
过程控制主要完成生产过程的操作指导、模型计算、数据报表处理、过程监视、数据通信等。在这个层面上，过程计算机除进行数据汇总、过程监视和打印综合报表以外，还把工艺知识、专家经验和智能控制技术结合起来，建立起实用的智能化的数学模型。高炉专家系统作为操作人员经验与智慧的结品，其核心部分是过程模型和高炉专家的知识。各种专家知识规则借助于计算机技术和信息技术的进步， 能够及时和自动地判断各种异常炉况，避免了人为的疏忽，为高炉操作的精细化操作赢得了时间。
4 高炉自动化的发展与趋势
现代高炉自动化的发展与高炉工艺过程的要求相关，也与计算机技术、通讯技术、图像处理技术、仪器仪表技术、网络技术的发展密不可分。体现出了平台多元化、系统集成化、功能复杂化、过程标准化的发展趋势。合理的检测设备配置，全集成的控制系统，先进的管理和控制系统功能，已成为高炉自动化发展的主流。而生态高炉、可视化高炉、低成本高炉等就是其重要的表现。
生态高炉，是通过提高炉内反应强度，通过检测及控制提供调整反应强度手段．持续提高喷煤比。通过设置相关检测，调整操作，大力削减污染物排放。包括粉尘，CO，C02，氮化物和硫化物。为实现生态高炉的目标，高炉自动化需随着高炉炼铁技术的发展，实现控制机能的实施及过程的优化。
可视化高炉,采用新型高精度传感器技术、智能化检测技术、软测量技术、数据处理技术、恶劣环境下的可靠性技术为手段对高炉工艺流程进行在线连续检测，通过数字成像技术，使密闭的高炉成为基于炉内检测，机理及经验模型，数字成像技术的可视化高炉。针对高炉操作稳定，降低生产产成本的高炉可视化应用，应首先考虑高炉长寿和原料适应性。对于不同用户的要求，采取模块化设计。例如：炉底砖衬侵蚀、炉底冷却设备、炉体砖衬侵蚀、炉体冷却设备、炉顶料面(定量)、炉身气流分布等。而在图像的设计中，可采用在线二维成像及离线三维成像，以提高成像速度，降低成本。市场对于高炉可视化的要求日益增加。但困扰高炉生产的难题就是无法有效地定量了解高炉炉炉内状况。高炉炉内仿真系统也不能建立。仅靠数据计算数据和模型数据，进行分析和处理，难于完全避免高炉生产的事故。完整的模块化的高炉可视化应用在低成本的基础上会有很大的市场空间。
低成本高炉，通过合理的检测及自动化设备配置，降低高炉建设成本。通过全集成的自动化控制系统，先进的管理和控制功能，提高劳动生产率，减少定员及维护费用。通过设置相关检测设备及模型及专家系统，优化过程，提高原料适应性。
从长远来说，以太网现场总线为基础构建的全集成分布式控制系统。由于各种现场总线标准趋于融合。采用智能仪表，智能驱动，智能马达，综合了FF及PA等现场仪表的现场总线控制系统将成为发展方向。基于工业以太网的现场总线，将系统功能分散到设备上，可靠性更高，将会逐步成为高炉自动化控制系统主流。
5 结语
高炉工艺历史悠久，基础控制技术成熟，为适应新形势下的自动化技术发展，确实应转换思路，才能取得新的进展。我国的高炉自动化技术在走过了引进一消化移植一掌握并进行自主创新的道路， 已取得了很大的进步，为钢铁工业的发展做出了贡献，但与国际先进水平相比，还有差距。目前钢铁业在数量和质量方面的大发展为高炉自动化技术的进一步发展既提供了机遇，也提出了新的挑战。我们将加强过程工艺、设备、生产组织、自动化等多专业的联合，走消化吸收、自主创新相结合的技术路线，针对高炉冶炼的特点，在炉内检测、数学模型、高炉专家系统、高炉可视化技术等方面继续加强开发研究，形成具有自主知识产权的综合自动化软件和硬件产品，为我国高炉自动化的进一步发展做出应有的贡献。

参考文献

[1] 廖常初. 可编程序控制器的编程方法与工程应用[M]. 重庆：重庆大学出版社，2001.2
[2] 杨天怡，黄勤. 计算机控制技术[M]. 重庆：重庆大学出版社，1996.6
[3] 侯志林. 过程控制与自动化仪表[M]. 北京：机械工业出版社，1999.11
[4] 马竹梧，丘建平. 钢铁工业自动化、炼铁卷[M]. 北京：冶金工业出版社，2002.2
[5] 王宏文. 自动化专业英语[M]. 北京：机械工业出版社，2000.5
[6] 廖常初. 可编程序控制器的编程方法与工程应用[M]. 重庆：重庆大学出版社，2001.2
[7] 杨天怡，黄勤. 计算机控制技术[M]. 重庆：重庆大学出版社，1996.6
[8] 宋德玉. 可编程序控制器原理及应用系统设计技术[M]. 北京：冶金工业出版社，1999.1
[9] 西门子公司. 西门子S7-200型PLC使用手册[M]. 德国：西门子公司，2003
[10] 彭鸿才. 电机原理与拖动[M]. 北京：机械工业出版社，1996.10
[11] 侯志林. 过程控制与自动化仪表[M]. 北京：机械工业出版社，1999.11
[12] 马竹梧，丘建平. 钢铁工业自动化、炼铁卷[M]. 北京：冶金工业出版社，2002.2
[13] 廖常初. PLC编程及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2002.9
[14] 吴中俊.黄永红．可编程序控制器原理及应用[M]．北京：机械工业出版社，2004．
[15] 王永华．现代电气控制及PLC应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2008.2
[16] 漆汉宏．PLC电气控制技术[M]．北京：机械工业出版社，2006.12

5