基于PLC的高炉喷煤自动控制系统设计
摘要
伴随着国内自动化水平的逐年提高，大多数的钢铁企业为了降低生产过程中所消耗的成本，探索许多种节能降耗的办法。经过多年的研究，高炉喷煤成为众多钢铁企业降低焦比，增加产能的最有效的途径。我国很多的钢铁企业对高炉喷煤技术的研发与应用起步也是非常的早，但就现状来看，已经不再处于领先地位，因此继续提高喷煤系统的全自动水平就显得非常有意义了。
关键词：高炉喷煤；自动化系统；节能降耗
目录
1前言 3
2喷煤自动化系统的工艺与需求分析 4
2.1高炉喷煤工艺 4
2.2高炉喷煤自动化系统的需求分析 6
3 高炉喷煤硬件系统设计 9
3.1硬件系统结构图 9
3.2喷煤系统的硬件设计 10
第4章高炉喷煤软件系统设计 20
4.1人机接口HMI的设计 20
4.2PLC控制系统程序构成及其功能 22
第5章系统的调试 30
5.1操作方式测试 31
5.2IO中转调试 31
5.3输入滤波调试 32
5.4关键信号的应急处理 32
5.5输出信号的界面功能测试 33
5.6自动化程序模拟与仿真 33
结论 43
参考文献 44
1前言
焦炭是在现代高炉冶炼过程被大量的使用原料之一，焦炭在高炉中的作用是：为高炉内部的还原反应提供大量的热，另外焦炭作为重要的还原剂；另一个很重要的方面就是维持高炉冶炼过程中炉内料柱（特别是软熔带以及其中下部）的透气性骨架。高炉喷吹煤粉的实质内容是：将磨煤机研磨细了的煤粉、烟煤粉或者是混合在一起的煤粉向高炉炉内喷吹，替代焦炭在高炉内部提供热量，还有还原剂的作用，从而达到了降低焦比，减少焦炭的消耗，降低生铁的生产成本。
2喷煤自动化系统的工艺与需求分析
煤粉通过喷吹管道、煤粉分配器，喷枪喷吹到高炉内，对于高炉来说，喷煤的好处有很多，最主要的几个好处是有利于鼓风机鼓风加快还原反应，高富氧、以及鼓风机鼓风脱湿，高炉喷煤系统是增加产量，节省焦炭，降低生产成本，提高利润的一个非常重要的手段。而高炉煤粉的喷吹，与其他喷吹原料做对比以后，其优点不仅仅在于煤粉在高温下吸热作用小一个优点，还是一种非常经济、资源丰富的燃料，因此，高炉喷煤自动化技术已然成为现代高炉冶炼中的一个非常重要的减能耗增产量的一个非常重要的手段。但与国外的先进喷煤技术对比，国内的高炉喷煤自动化的技术相对落后，在很多中小钢铁企业中，手动喷煤还是主流的操作模式，浪费了大量的煤粉不说，与此同时，还对高炉的炉况产生了消极的影响，使得高炉炉内压力不问，风温不稳，综上所述，高炉喷煤自动化系统对高炉的生产是积极地，存在推广的价值与必要。
2.1高炉喷煤工艺
当前，高炉的喷煤系统存在两种操作方式：第一种模式为：手动模式调节喷煤自动化系统，手动调节喷煤系统是纯人工进行操作，这样误差非常的大，非常容易造成喷煤量不均匀，而导致的结果就是高炉的炉况不稳定，热制度经常性的进行波动，这种情况下非常不利于高炉炉况的稳定及煤比的进一步提高；第二种模式为：自动调节喷煤自动化系统，高炉采用采用自动喷煤技术可实现入高炉煤粉喷吹的粉量均匀，同时如果均匀的喷吹煤粉可以使的炉况达到一个最佳稳定的平衡状态。进而可以提高铁水的产量，为企业增加利润。随着时间的推移，国内的钢铁企业开始结合自身特点，正在逐步实施高炉自动喷煤的技术。
并联罐和串联罐两种系列是目前最主要的两种形式，被采用到高炉喷煤系统上去,比较容易实现自动喷吹的布置方式为并联罐布置形式，目前，国内外的很多钢铁企业都把这个相应技术作为高炉喷煤的主要形式。例如我们国家采用国外的先进的技术的有：宝钢(三号高炉除外)、鞍钢、武钢等国内的大型钢铁企业，他们所采用的大都是荷兰的自动喷吹技术。达涅利技术是被首钢迁安钢铁公司的2#高炉所采用的技术;而国内的钢铁企业中，天硕钢铁(福建)有限公司自主开发了自动喷吹技术，在国内有有些推广，目前采用该技术的企业有:济钢、邯钢等。酒钢集团榆中新1#高炉喷煤系统采用的工艺是高炉并罐直接喷吹工艺。煤粉喷吹考的时候需要考虑喷吹的稳定性与连续性，所以喷吹罐组采用的是三座喷吹罐并联的方式，其使用方式为两用一备，三座喷吹罐并联的这种布置方式，他的优点是：一座喷吹罐出现问题，进行检修的时候，另外两座喷吹罐仍然可以向高炉连续不断的进行喷吹，实现了不影响高炉正常生产的目的，并且，这种布置方式还能够对氮气进行回收，氮气会被节省下来，还可以减少喷吹煤粉的时候，充压与排压系统所使用的阀门设备的开关的次数，实现增加设备的寿命的目标。图2-1为酒钢喷煤自动化系统的工艺流程图，从图中可以看出，系统包含三个工艺流程：
(1)煤粉的贮藏与运输系统，该系统包含煤厂、煤棚、送料皮带这样可以控制原煤的力度以及去除原煤中的杂物，抓斗机将煤粉装入配料斗中，然后通过振动筛筛选，将合格的原煤输送到皮带上，然后通过3条送料皮带输送到原煤仓。
(2)制粉系统，主要由给料机、磨煤机、加热炉、主排风机、收粉与除尘器组成，原煤仓中的煤粉通过煤粉给料机输送到中速磨中，加热风机将热风输送到磨煤机中，其主要作用是减少磨机中氧气的含量，磨煤机将煤粉磨成粉末，此时通过主排风机将研磨好的煤粉抽到布袋除尘器中，然后通过仓壁振动器或振动筛加入到煤粉仓中。在磨机内部设置有氧气分析仪、一氧化碳分析仪，通过这两个重要的仪表参数判定磨煤机内部状态，以免发生爆炸，当仪表值超过警戒值的时候，事故氮气阀打开，充入氮气。
(3)喷吹系统，由煤粉仓以及三个喷吹罐组成，高炉生产过程中，任意一个喷吹罐的煤粉喷吹结束后，将罐压降至大气压后，煤粉通过相应的钟阀、球阀加入到喷吹罐重，然后喷吹罐加压，当需要喷吹的时候，加压阀门、流化等装置在喷吹罐内加入压缩氮气，提高喷吹罐的压力，再通过混合器二次引入压缩空气，进而提高了罐压，达到喷吹煤粉的目的，此时煤粉会通过管道、煤粉分配器、配吹用的喷枪进入高炉风口，参与高炉内的还原反应。
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