S7-300 PLC在九羊高炉喷煤的应用.doc

深圳稻草人自动化培训

S7-300 PLC在九羊高炉喷煤的应用

摘 要：高炉喷吹煤粉是一项正在迅速发展的新技术，一套可靠的自动控制对于连续、稳定的喷吹起着关键的作用。针对某钢铁公司炼铁喷煤现状，遵循先进性与实用性相结合的原则，设计了一套高炉喷煤系统。介绍了该系统如何利用西门子PLCS7-300 实现喷煤的过程控制、数据采集、喷吹量调节等自动控制。 
关键词：过程控制 数据采集高炉喷煤 

引言 

由于能源价格的上涨，使得吨铁成本上升，九羊公司内部挖潜改造、降低成本的空间已到极限，为了完成公司制定的产量目标和成本目标，必须采取新的措施来增产降耗，高炉喷煤配合富氧，则可大幅度地提高生铁产量、降低生铁成本，喷煤技术改造对我公司的发展具有非常重要的意义。 

高炉喷吹煤粉是世界炼铁正在迅速发展的一项重大技术，其目的是在高炉冶炼过程中，扩大高炉燃料来源，从风口向高炉喷吹煤粉，以价格低的煤粉替代价格昂贵的冶金焦，改善高炉的操作条件；增加高炉的调剂手段；最终达到节焦增产的目的。 

在当前能源紧张的形势下，必须采取措施大力节约和替代焦炭。炼铁生产降低焦炭的途径很多：如改进原料质量、提高风温、改善操作、降低铁水含硅量、加强管理等。但从效果上看扩大高炉喷吹煤粉，以煤代焦乃是降低焦炭消耗的最有效措施。因此，扩大高炉喷煤是当务之急，符合钢铁工业长远规划。 

1 山东九羊钢铁公司炼铁喷煤现状 

山东九羊钢铁公司铁厂现有128 m3、350 m3、420 m3三座高炉,按年生产日为355 天，则年产铁为110 万吨。九羊高炉喷煤设计按混合喷吹无烟煤、并罐喷吹系统设计，并联罐的优点：①罐系统出现故障，可三个罐轮流喷煤；②倒罐较易实现自动控制；③厂房低，投资小；并联罐的缺点：①倒罐瞬间中断喷吹；②输粉切断阀开关频繁，寿命短。 

2 设计原则 

九羊高炉制煤、喷煤自动检测控制系统的设计遵循先进性与实用性相结合的原则，充分考虑到满足设备控制要求，完善测量功能，在检测元件选型方面适应制煤、喷煤工艺气粉混合测量和煤粉易燃爆的特点，具有测量准确、维护量小、防爆、使用寿命长等优点。高炉喷煤系统主要由制粉系统和喷煤系统两部分组成。两部分可以单独运行，互不影响。 

3 控制原理和硬件结构 

3.1 硬件配置 

该工程采用S7-300 系列可编程控制器，SIEMENS 系统是具有快速处理能力的专用计算机系统，是模块化、可扩展的体系结构，是用于工业和制造过程实时控制，具有体积小、内存大、处理速度快、组态灵活和便利用户支持的特点，在支持新技术的同时，提高了性能价格比。 

3.2 软件配置 

运用STEP7 V5.2 软件对PLC 系统组态编程，STEP7 V5.2 既可以进行复杂的仪控，又可以进行常规的电气控制。 

画面监控软件选用WinC C 6.0 软件，该软件操作简单，能够动态显示工艺过程参数，并可设置重要参数的历史趋势、实时趋势、报警等。 

3.3 控制系统的通信网络 

该网络结构包括两套PLC 系统：制粉系统、高炉喷煤系统。每个控制系统通过以太网进行数据传输和现场设备的控制。在喷煤控制室，设4 台上位机，其中原煤储运、烟气炉、制粉共用一台上位机；128 高炉、350 高炉、420 高炉喷吹各一台上位机，各上位机、PLC 之间通过交换机互联。该网络结构可以为将来联网做准备，交换机预留光纤口，通过光线实现数据的透明化，具有不可比拟的优越性。其网络结构如图1 所示。

4 工艺及控制功能介绍 

4.1 原煤储运系统 

该系统包括受料斗A、受料斗B、振动给煤机A、振动给煤机B、电磁除铁器、转运皮带机、大倾角皮带机、振动筛，主要负责向原煤仓上煤，操作人员根据原煤仓需煤量的情况开启设备：依次启动振动筛、大倾角皮带机、转运皮带机、电磁除铁器、振动给煤机A 或振动给煤机B,设备停止顺序与启动顺序相反。 

4.2 烟气炉系统 

4.2.1 工艺介绍 

该系统为制粉系统提供干燥原煤和输送煤粉的干燥气，干燥气为烟气炉燃烧煤气产生的热气体。为了保证磨煤系统所需的一次风量31 000～53 800 Nm3/h，入口温度180～250℃的混合干燥气。热空气，经一台主引风机吸送至磨煤机用以干燥原煤和输送煤粉。为了保证磨煤系统所需的一定温度、一定流量的一次混合干燥气，使出口温度处于规定值内，并通过磨煤机出口温度变化情况进一步控制和调节磨煤机入口的一次风调节阀、掺冷风调节阀的开度。 

4.2.2 控制功能 

① 当高炉煤气压力高于高定值或低于低定值时，由操作人员计算机手动调节阀门开度； 
② 冷空气调节系统，根据中速磨所需热风的温度的高低混兑冷空气，由操作人员计算机调节阀门开度。 

4.3 制粉系统 

4.3.1 工艺介绍 

制粉系统主要包括埋刮板机系统、磨煤机系统、稀油站系统、液压站系统、主引风机系统、布袋收粉器系统。其中埋刮板机可以从上位机控制，也可以从设备带来的PC 控制。 

4.3.2 控制功能介绍 

① 入磨一次风量调节：由操作人员根据实际观察的结果，手动调节相应阀的开度。 
② 开车顺序：开主引风机→开布袋收尘器→开磨煤机（操作回路动作）→开给煤机，停车顺序与开车顺序相反。 

4.4 喷吹系统 

4.4.1 工艺介绍 

喷吹系统主要是及时向高炉输送煤粉，每座高炉都设计有两个喷吹罐，细煤粉利用自重从煤粉仓落到喷吹罐中，并用空气充压。当一个喷吹罐装满煤粉并充压到压力设定值后即准备喷煤（作为待用罐）；当另一个正在喷吹的喷吹罐（操作罐）一旦喷空时，待用罐就与煤粉输送管道接通，在一个短暂的过渡时间后，喷空的操作罐开始卸压，装煤粉和再充压的另一个循环。 

4.4.2 控制功能介绍 

生产过程中重要的参数均能随时进行调节，通过PID 回路控制，使之维持在设定值左右，所有的PID 回路都可以进行PV 跟踪，无扰动切换。所有进行监视和调节的参数，我们均可在工艺画面中显示出来，使操作人员易于观察和调节。调节回路有三种工作方式：自动，半自动和手动。 

自动：由 PLC 自动调节阀门开度 
半自动：由操作人员直接在画面上调节阀门开度 
手动：由操作人员用手操器操作阀门开度，画面上跟踪此阀门开度 

4.4.2.1 喷吹罐罐压自动调节 

为了保证喷吹量的稳定，须保持喷吹罐内压力的稳定。通过调节补压调节阀的开度可保持罐压在设定值。补压设定值在罐压调节画面设定，与罐压实测值比较运算后输出补压调节阀的开度。系统调节回路及相应的自动程序框图分别如图2 和图3 所示。

图2 罐压调节回路

图3 喷吹罐罐压自控程序框图
4.2.2 喷吹量控制 

在一定的喷吹压力下稳定流化氮气量，压缩空气补气量的变化改变输煤阻力和固气比，此功能只需人工设定喷吹率设定值和罐压，喷吹率调节是通过调节补气调节阀来调节，补气调节阀根据采样数据，将设定喷吹率与实际喷吹率相比较，当设定值〉实际值时，将阀位开大，当设定值〈实际值时，将阀位开小。计算机自动时，补气流量调节阀的开度最小限制为8℅；计算机手动时，程序上无此限制，但操作时不应小于此值。控制回路及其相应程序框图如图4 和图5 所示。

图4 喷水量控制回路

图5 程序框图
4.2.3 阀门控制 

该方式下，须在满足联锁保护条件和阀门开关顺序的情况下操作。 

① 罐压卸至零压时，下钟阀方可进行开动作； 
② 上出料阀关到位后，才能打开卸压阀； 
③ 向高炉送煤时，必须先开补气支阀，才能进行给煤阀开动作。 

5 结束语 

九羊钢铁喷煤系统在半年多的时间里由设计到施工顺利结束，按目前无烟煤400 元/吨计算，现有生铁生产能力60 吨，每生产1 吨铁可喷煤150 kg，年需喷煤9 万吨，每100 kg 无烟煤可等同80 kg 冶金焦，年可替代冶金焦7.2 万吨。按目前冶金焦1 000 元/吨计算，可节约资金3 600 万元，效益非常可观。