宣鋼高爐熱風(fēng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

連眥偉

摘要 宣鋼2500m³高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)由三座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐組成。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用ABB公司的AC800F系統(tǒng)。本文對2500m³高爐熱風(fēng)爐自動(dòng)換爐控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。

【關(guān)鍵詞】熱風(fēng)爐 自動(dòng)控制系統(tǒng) AC800F

1 前言

宣鋼2#高爐的熱風(fēng)爐系統(tǒng)由三座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐組成，燃料為高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的混合氣，助燃空氣由兩臺(tái)助燃機(jī)（一用一備）提供。為節(jié)能和提高送風(fēng)溫度采用了煙氣余熱回收裝置，對助燃空氣和煤氣分別進(jìn)行預(yù)熱。高溫?zé)犸L(fēng)帶入的熱量是高爐生產(chǎn)的主要熱源之一。而滿足其高溫條件下實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐系統(tǒng)的過程自動(dòng)化控制則尤為關(guān)鍵。

2 熱風(fēng)爐自動(dòng)控制系統(tǒng)配置

2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的選擇

宣鋼2#高爐采用的是ABB公司的大型集散控制IndustriaIIT AC800F系統(tǒng)，該系統(tǒng)融傳統(tǒng)的DCS和PLC優(yōu)點(diǎn)于一體并支持多種國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴(kuò)展性，控制機(jī)柜供電、控制模件采用冗余設(shè)計(jì)，局部的故障不能影響現(xiàn)場設(shè)備安全運(yùn)行。在現(xiàn)場設(shè)備控制參數(shù)中，設(shè)定故障狀態(tài)下的安全設(shè)定值，一旦出現(xiàn)大范圍的廠區(qū)停電、意外事故，控制系統(tǒng)按照安全模式進(jìn)行工作。

2.2 IndustrialIT AC800F控制系統(tǒng)

IndustriaIIT AC800F控制系統(tǒng)分為過程控制級（PS）和操作管理級（OS）兩級。通過系統(tǒng)總線DigiNetS與操作管理級（OS）進(jìn)行通訊。操作管理級（OS）包括操作員站和工程師站（ES），通過操作監(jiān)控軟件DigiVis及組態(tài)調(diào)試軟件CBF （Control Build F）實(shí)現(xiàn)對熱風(fēng)爐燃燒、換爐、送風(fēng)控制，數(shù)據(jù)監(jiān)控以及過程控制程序的編譯、組態(tài)。

2.2.1 操作員站

操作員站硬件選用適用工業(yè)現(xiàn)場DELL工控機(jī)，安裝IndustrialIT DigiVis 6.2軟件，操作員站使用以太網(wǎng)與過程站及其它設(shè)備進(jìn)行通信，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，所以操作員站之間數(shù)據(jù)及畫面完全可以共享。

2.2.2 工程師站

工程師站安裝Control Builder F 6.2版本中文軟件，Control Build F采用統(tǒng)一的系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫和交叉參考工具。Industrial IT系統(tǒng)過程控制站PS和現(xiàn)場控制器AC800F所需的各種控制算法和策略都是由Control Build F來組態(tài)的，并采用圖形化的組態(tài)方法。ControlBuild F也用于對操作站人機(jī)接口功能的組態(tài)并還可直接對現(xiàn)場總線設(shè)備進(jìn)行組態(tài)。該Control Builder F軟件可以離線編程，在線修改參數(shù)，被修改的參數(shù)具備自動(dòng)備份功能可以恢復(fù);該軟件還可以在線調(diào)試，可以單步運(yùn)行、跟蹤、仿真調(diào)試。工程師站使用以太網(wǎng)與過程站及其它設(shè)備進(jìn)行通信，可以實(shí)現(xiàn)硬件編輯、過程站編程、操作員站組態(tài)一體化編程及調(diào)試。

3 過程控制站硬件設(shè)計(jì)

熱風(fēng)系統(tǒng)采用一對PM802作為冗余控制器，內(nèi)部使用DigiNetP連接，確保數(shù)據(jù)同步。并通過Profibus總線下掛s800系列I/O模件，實(shí)現(xiàn)功能分散、危險(xiǎn)分散。每一個(gè)控制器都有獨(dú)立的電源模塊SD802，每個(gè)SD823又來自于兩個(gè)UPS，UPS又來自于分別兩段380伏，這樣就完全實(shí)現(xiàn)了電源的冗余備用。

現(xiàn)場控制器與S800 110站之間的通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的，且容易擴(kuò)展的Profibus DP現(xiàn)場總線協(xié)議，從AC800F現(xiàn)場控制器的Profibus模件（FI830）出來的Profibus DP線經(jīng)過了冗余連接模件（RLM01），再連接到CI840卡件。這樣使Profibus DP現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)完全冗余方式，保證了數(shù)據(jù)通訊的可靠性。

4 控制系統(tǒng)軟件程序組成與實(shí)現(xiàn)

依據(jù)工藝生產(chǎn)要求，每個(gè)熱風(fēng)爐有四種狀態(tài)，分別為燃燒狀態(tài)、悶爐狀態(tài)、送風(fēng)狀態(tài)和換爐狀態(tài)。由操作員站執(zhí)行燃燒、悶爐、送風(fēng)命令，通過程序控制來實(shí)現(xiàn)這四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

4.1 “悶爐一燃燒”的換爐程序及控制

熱風(fēng)爐處于悶爐狀態(tài)，單爐所有閥門全部打在集中自動(dòng)位置，且單爐執(zhí)行打?yàn)樽詣?dòng)方式，并操作“燃燒請求”。當(dāng)廢氣閥前后的均壓信號>9.8kPa時(shí)，打開廢氣閥，進(jìn)行熱風(fēng)爐燃燒周期前的均壓，直到廢氣閥前后的均壓信號<9.8kPa后延時(shí)打開煙道閥。關(guān)閉廢氣閥后，打開助燃空氣切斷閥、高爐煤氣燃燒閥，同時(shí)關(guān)高爐煤氣放散。打開氮?dú)獯祾唛y，并延時(shí)20”后自動(dòng)關(guān)閉。待氮?dú)獯祾唛y的關(guān)反饋回來，最后打開高爐煤氣切斷閥，使得單爐進(jìn)入燃燒狀態(tài)并開始燃燒計(jì)時(shí)。

4.2 “悶爐一送風(fēng)” 的換爐程序及控制

熱風(fēng)爐處于悶爐狀態(tài)，單爐所有閥門全部打在集中自動(dòng)位置，且單爐執(zhí)行打?yàn)樽詣?dòng)方式，并操作“送風(fēng)請求”。打開充壓閥進(jìn)行熱風(fēng)爐送風(fēng)周期前的均壓，待冷風(fēng)切斷閥前后均壓信號≤ 9.8kPa時(shí)，并且延時(shí)打開熱風(fēng)切斷閥。最后打開冷風(fēng)切斷閥，關(guān)閉充壓閥，使得單爐進(jìn)入送風(fēng)狀態(tài)并開始送風(fēng)計(jì)時(shí)。

4.3 “燃燒一悶爐” 的換爐程序及控制

熱風(fēng)爐處于燃燒狀態(tài)，單爐所有閥門全部打在集中自動(dòng)位置，且單爐執(zhí)行打?yàn)樽詣?dòng)方式，并操作“悶爐請求”。關(guān)高爐煤氣切斷閥，開高爐煤氣放散閥，延時(shí)關(guān)高爐煤氣燃燒閥，助燃空氣燃燒閥，關(guān)煙道閥。每一步動(dòng)作反饋都是后一步動(dòng)作的條件，例如關(guān)煙道必須同時(shí)有高爐煤氣切斷閥的關(guān)反饋、高爐煤氣放散閥的開反饋、高爐煤氣燃燒閥的關(guān)反饋和助燃空氣燃燒閥的關(guān)反饋且助燃空氣燃燒閥關(guān)位返回后才自動(dòng)關(guān)煙道。

4.4 “送風(fēng)一悶爐” 的換爐程序及控制

熱風(fēng)爐處于送風(fēng)狀態(tài)，單爐所有閥門全部打在集中自動(dòng)位置，且單爐執(zhí)行打?yàn)樽詣?dòng)方式，操作“悶爐請求”。這時(shí)，兩外兩座熱風(fēng)爐至少有一座處于送風(fēng)狀態(tài)，進(jìn)行操作的熱風(fēng)爐才會(huì)執(zhí)行“悶爐請求”，以防止頂風(fēng)機(jī)事故發(fā)生。執(zhí)行“悶爐請求”后關(guān)冷風(fēng)閥，延時(shí)關(guān)閉熱風(fēng)閥進(jìn)入悶爐狀態(tài)。

5 結(jié)束語

熱風(fēng)爐自投產(chǎn)以來，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，特別是換爐程序運(yùn)行穩(wěn)定且靈活。整個(gè)自控系統(tǒng)經(jīng)受住了長時(shí)間運(yùn)行和而略環(huán)境的嚴(yán)格考驗(yàn)，設(shè)計(jì)達(dá)到了公司節(jié)約能源，降低成本，充分提高經(jīng)濟(jì)效益之目的。