［摘 要］濟鋼2#高爐大修改造成功，于2005年6月9門順利出鐵。大修不僅實現了爐頂無料鐘自動布料，還對槽下配料矩陣、稱量控制及卷揚等系統進行了全面升級，實現了冶煉過程內動化。大修后高爐利用系數突破4.0，最高達至4.22。 0 引言 濟鋼2#350m3高爐的原有電氣系統，僅爐頂卷揚及槽下系統采用施耐德公司生產的984系列可編程控制器進行控制，其他系統仍為繼電器—接觸器系統。該高爐控制設備陳舊，大大落后于當今的高爐控制水平，制約了生產成本的降低及工藝操作水平，限制了高爐的強化冶煉，影響了煉鐵整體發展水平，因此，濟鋼于2005年4月對2#高爐爐頂無料鐘上料系統進行了改造。 1 系統組成 根據設備的控制需要，本著先進、高可靠、易操作、兼容性好的原則，改造后系統電氣控制部分PLC采用施耐德公司的Quantum系列，完成現場數據采集、邏輯運算、聯鎖、數據處理及輸出執行指令等功能。系統采用3種網絡連接方式：以太網、ProfbuS-DP網和遠程I／O總線網絡。硬件配置見圖l 遠程I／O總線網絡采用同軸電纜，用于PLC主站和分站的連接。 Profibus-DP網利用Profibus-DP網線采集現場3個編碼器的數據。 以太網采用雙絞線和光纜，通過網絡交換機，將PLC和上位機及其他網絡連在—起。 2 軟件配置 系統軟件在Windows 2000操作環境下運作。 編程軟件采用Concept2．6編程軟件包，用梯形圖邏輯語言實現控制軟件的開發與應用。對于控制所用的模型做了許多DFB功能塊，利于生產維護和程序的可讀性。 用Monitor Pro V7.0軟件開發平臺組成監控站，監視、控制設備和自動化過程。在屏幕上設有轉換圖標，點擊可進入相應的操作或監控畫面。客戶端和服務器通過OPC（OLE for Process Contr0l）界面進行通信。作為Server／Client結構，過程控制系統的HMI上位監控的數據全部通過服務器提交查詢、修改等指令，通過以太網，再分派至PLC控制器，完成對現場設備的在線臨近與操作。服務器中放置SQL2000數據庫，通過ODBC接口與MP7實現連接，完成對歷史數據的處理與存儲。 3 主要功能 按預先設定的配料順序自動地將爐料配好裝入焦斗和礦斗中，根據爐頂指令將爐料通過料車送到爐頂，再按布料矩陣將爐料布人爐內，實現了整個給料、配料、稱量、輸送、布料過程全自動。 3．1 槽下配料矩陣與自動稱量 該系統設計配料矩陣周期循環最多36車，適合異常情況下的特殊矩陣沒定，并且操作簡單明了，可在線設定修改。配料矩陣如圖2所示。 配料矩陣設定用想料代碼表示礦或焦，礦的4個代碼對應4種配料方式。布料代碼代表爐頂布料方式，用1，2，3，4，5確定不同料的布料傾角、圈數和料流閥開度，布料代碼與爐頂布料矩陣相聯系周期標記用來確定料批是否結束或配料循環是否結束，88為礦結束，99為焦結束，100為周期結束。每批料由一批礦或一批焦組成，每上完一車料，配料矩陣周期指針加1，周期結束時，周期指針自動回到1。配料矩陣允許操作員在線設定修改，在任何，位置均可加“附加焦”，不打亂周期程序。 每批礦料最多10個下料斗號，配料稱量定值，下料斗號設置及礦稱量斗總定值均在配料矩陣中設定。各振篩根據本稱量斗所設置稱量定值及稱量斗滿、空信號自動備料，并自動進行稱量補償、焦炭水分補償、修正定值、稱量值零點校正、余振值測定、超級值保當上料程序解算出下一車料種為礦時，發出礦備料信號，首先開始自動配料，按預置程序執行代號為P1—P4中某種配開第1種料稱量斗閘門放料，該稱量斗料空后延時關閘門,閘門關閉后延時第2種料稱量斗閘門放料，依次完成本批備料；然后發出礦備料完成信號，等待下一次配料。 3．2 布料矩陣與自動布料 3.2.1 模型化布料方式 無料鐘爐頂布料系統主要功能是，與槽下系統一起控制上料，將爐料正確地裝入料罐，并控制爐頂設備，完成向高爐裝料和按照布料矩陣進行市料。該系統開發了模型化布料方式，可根據需要隨時調整布料傾動角度、旋轉角度、旋轉圈數、料流開度。靈活多變的布料方式帶給操作人員全新的操作模式，例如：難以解決的邊緣問題，現在可利用扇形和定點布料克服；布料不均的問題，可利用多圈環行布料隨時糾正等等。布料矩陣如圖3所示。 環形布料α（布料器傾動角）、γ（料流調節閥開度）由布料矩陣設定，布料矩陣設有4條料線，每條料線有10個α角傾動位置；沒有5種布料方式，每種布料方式可設定兩種傾動方向：上傾、下傾；沒有5種布料代號，由槽下進行設定，當槽下沒定了布料代號后，爐頂根據探尺的料線和裝料的品種自動選擇相應的傾動角度和布料圈數。當布料代號的數字變為綠色時，代表當前下罐的布料方式為此方式。此系統的布料矩陣操作簡單明了，可在線隨時修改，適合異常情況下的“特殊矩陣設定”。扇形（定點）布料即α角、γ角一定的情況下，β（布料器旋轉角）在設定范圍內來回擺動，爐料撒在一個扇形面上。β由變頻器驅動，料罐料滿時，為達到精確定位，將變頻器的速度自動設定為低速，自動判斷布料器的旋轉方向，將β旋轉到設定的扇形起始角度上，等待條件滿足后，開料流調節閥。料流調節閥開啟后，β自動擺動到終止角度，冶金自動化2006年第2期然后再自動返回到起始角度，如此反復執行，直到料空。定點布料可認為是扇形布料的—種特殊方式，如果要進行定點布料則把起始角、終止角填入相同的角度即可。 3.2.1 爐頂全自動布料 裝料指令下達后，打開均壓放散閥卸壓，隨后先開啟上密封閥，再開啟上料閘，將上罐中爐料裝入下罐。裝料完畢，關閉上料閘、上密封閥，然后關閉均壓放散閥，探尺探料降至規定料線深度提探尺，提尺同時打開兩個均壓閥向下罐均壓，布料器傾動到位，打開下密封閥在溜槽到達步進角位置時打開下料閘（料流調節閥），用下料閘的開度大小來控制料流速度，爐料由布料溜槽布入爐內。布料溜槽每布一批料，其起始角均較前批料的起始角步進60°或120°。控制流程如圖4所示。 為使爐頂全自動布料準確無誤，本系統對如下信號作了著重處理： （1）上罐料空及料滿的信號處理； （2）上罐料滿與均壓放散閥、上密閥、放料閥的聯鎖； （3）下罐料滿及料器的聯鎖； （4）控尺與布料器閥的聯鎖； （5）步時角與開下料閥的聯鎖。 其中，下罐料空信號由γ射線反饋，但在γ射線報料空信號時，料罐中尚存有一車多料未下如果這時關掉料流閥，將造成卡料故障，對料流閥造成損壞。而且在一車一布工作方式下，料空始終存在，無法裝料。程序對料空信號的處量是：γ射線料空信號做延時響應，并且在一車一布工作方式時，屏蔽掉γ射線料空信號，料空由程序自動依據料的品種（礦、焦）而做相應的處理。下罐料滿信號無反饋信號，根據裝料的品種和車數自動計算。為方便高爐操作和快速裝料的需求，特在上位畫面中設計了單車焦（礦）的料滿時間設定。 3.2.3 編碼器實時數據處理 布料過程檢測的三個角度α、β、γ，均采用絕對值編碼器進行角度反饋。絕對值編碼器的輸出值在0～8192之間，為了避免8192的跳變回零，在程序中特別設計了一個編碼器的數據處理模型，無論編碼器的起始點在何位置，都能夠正確反映設備的實際動作位置。 3．3 HMI監控技術 系統實現了集中監視控制，對現場采集的信號用模擬畫面進行直觀的顯示、報警，供生產人員及時掌握生產運行情況。通過集中控制室4套基于Monitor Pro V7.0的HMI監控PC站（西門子工控機），4套HMI互為備用，共享操作。HMI可以對所有設備進行在線監控，完成各個工藝設備或者工藝流程的順序控制、故障報警處理及顯示，其中一臺作為無限點Server，通過100Mb／s交換機上掛Ethernet網，負責從下位PLC控制站采集數據，完成現場數據生成，并進行處理和存儲；另3臺作為Client通過Ethernet網從Server上取得數據，并進行用戶畫面的組態和運行。 集中操作室采用CRT操作，其操作模式均為二種方式：上位手動和上位自動方式。主畫面采用菜單式切換模式，其操作簡單、易掌握。設備單動時，點擊該設備，彈出一個小操作窗u，畫面上有操作按鈕、沒備運行指示等等，操作完畢關閉該操作畫面即可。 在自動方式下，對單體設備可以手動干預，而不影響整個系統的自動流程。這既減輕了操作人員的負擔，又減少了操作轉換時間，提高了冶煉速度。 4 結束語 靈活多變的布料方式，提高了布料質量，提高了高爐的利用系數。改造后的2#350m3高爐當月生產即突破4.0的利用系數，最高達到4.22，創造了小高爐開爐即達產的高產記錄。事實證明，無料鐘爐頂具有布料靈活、密封性好、維修方便等明顯優勢，是小高爐優化工藝設備的發展趨勢。