基于PLC的高炉鼓风机控制系统的设计及实现研究

邢立凯

摘 要：在我国钢铁行业生产中，高炉鼓风机是冶炼生产的重要动力设备，为高炉生产提供燃烧所需的氧气，鼓风机的正常、安全运行在一定程度上影响着生产的连续性。该文主要阐述了用传统仪表控制高炉鼓风机可能存在的问题，并分析了基于PLC的高炉鼓风机控制系统的设计及实现研究。

关键词：高炉鼓风机 冶炼 PLC 控制系统

中图分类号：TP273；TH452 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0004-02

高炉鼓风机是将一部分空气汇集起来，通过加压提高空气压力形成具有一定压力和流量的高炉鼓风，并根据生产所需的风压、风量调节后输送至高炉的动力器械[1]。目前我国钢铁产量占世界钢铁总量的50%，冶金行业发展迅速，当今世界的高炉发展更趋向于环保、节能，传统的小型高炉存在能小弟、污染严重等一系列弊端，正逐渐退出市场。PLC是专为工业应用设计的工业控制计算机，此装置具有稳定系高、可靠性强、抗干扰能力强、体积小等一系列优点，并在电气控制系统中已得到广泛的应用，能解决复杂的逻辑控制，更能在恶劣的环境下长时间、不间断运行，而且操作较为简单，维护方便。

1 高炉鼓风机控制系统简述

高炉冶炼的工作原理是依靠催化剂在高温下将矿石材料还原成钢铁材料的过程，由于其体积庞大，在运作过程中对温度、压力需求加大，因此，鼓风机成为工作中的中枢。鼓风机是否正常、稳定运作直接影响到高炉钢水、铁水的生产、压力支撑等工作，若风量不足，则可能导致矿石燃料下落凝结在炉体空间，形成高炉灌渣现象，给企业带来巨大的损失[2]。一套良好的控制系统是鼓风机正常、稳定工作的重要保障，目前高炉鼓风控制系统采取PLC过程控制系统，对鼓风机进行连续监控、逻辑监控和过程监控。连续监控主要对风量、风压进行调控；逻辑监控主要对鼓风机机组启动条件进行连锁功能、安全防范、紧急停机等工作流程进行监控；过程监控主要对鼓风机运作过程进行全面、全程监控，及时发现突发事件并做出处理。鼓风机机组涉及的电气设备种类繁琐且操作复杂，通过PLC过程监控系统，可将复杂的操作简便化，提高工作效率的同时更能对突发事件做出及时的处理，避免出现更大的人员伤亡和财产损失。

2 高炉鼓风控制系统结构设计

2.1 明确被控对象设备及重要参数

鼓风机组汽轮机的主要技术指标包括功率范围、总级数、工作转速、压力、流量等；轴流风机主要参数有风机吸入风量、入口温度压力、转速等；通过对鼓风机组基本结构的研究，了解控制系统所涉及的设备和操作流程，同时掌握操作的重要参数[3-4]。在设计高炉鼓风机控制系统时，必须明确被控对象设备，深入了解被控对象的结构组成、工作条件和重要操作参数，同时对鼓风机控制系统的历史情况进行分析，了解控制系统之前可能存在的故障和限制，在设计时可有效避免此类问题，避免造成不必要的损失。

2.2 控制系统结构设计

目前大部分控制系统分为计算机自动控制系统和手动操作控制系统两部分，两者的分工合作满足不同的控制需求。自动控制系统主要通过预置系统的重要参数，依据计算机技术处理控制完成鼓风机的控制工作流程，自动完成工作数据的采集储存、故障预警显示、故障自动处理、工作状况备份存档等。手动操作控制系统主要以人为手动控制鼓风机组的开关，通过手动操作对电气系统完成对鼓风机组的控制。通过自动控制系统和手动操作控制系统的无缝连接，满足各种工况需求的同时提高工作效率。

计算机控制系统主要通过五路模拟量控制输出，通过调速器控制鼓风机转速，通过汽轮机气门调速，并协同控制转速的PID控制器组成控制回路。PID操作简单，工作状态稳定，因此对机组的扰动性低。根据出风量。应采用静叶角度控制器和防喘振控制系统，开关启停的功能主要由驱动报警开关显示来实现。

供电系统以及地线系统的设计也是鼓风机控制系统的重点，供电系统为确保计算机控制系统正常、稳定运行的关键性因素，供电不正常可能导致系统的可靠性和稳定性[5]。地线系统设计的重点是防干扰特性，在铺设过程中与动力电缆等线路分开，采用屏蔽功能的电缆，避免电磁的干扰。

2.3 应用软件设计

高炉鼓风机控制系统的设计与相关应用软件关系密切，鼓风机控制系统应用软件主要包括下机位PLC控制系统软件、监控软件以及通讯网络。结合PLC系统的特点，利用STEP 7对鼓风机控制系统进行用户用程序编制，夏季为采用SIM ATIC STEP 7编制PLC机组启动连锁控制、自动操作控制等；下机位采用SIM ATIC WINCC对数据和画面进行编程，主要编制机组全貌、动力油站、防喘振监控等。计算机控制系统必须包括总览显示、主显示、监控界面、警报界面等显示界面。所选用的軟件必须能够实现鼓风机组正常运行所涉及的操作控制，主要包括静叶角度、风量风压等系统的控制，同时还包括防喘振控制系统等。进行软件调试时，不仅要对软件硬件设备进行测试，同时还要对相关仪表、执行机构进行测试，确保应用软件的稳定运行[6]。

3 结语

随着科学技术的快速发展，我国逐渐加强对高新技术产业的重视度和支持力度，高炉鼓风机控制系统必将实现自动化、智能化的升级。高炉鼓风机组控制系统的安全、稳定运行对整个冶炼生产过程有重要的作用。通过对机组整个工艺流程的了解，优化机组的控制方法是发展的关键，基于PLC的高炉鼓风机控制系统的设计，提高了控制系统的安全性和稳定性，使操作更为简便，有效降低了成本，符合国家对节能减排的要求，促进企业的长足发展。

参考文献

[1] 申旭.基于PLC的橡胶砂轮硫化炉温度控制系统的设计与实现[J].电气应用，2013（2）：56-58，64.

[2] 师亚娟，朱忠杰.基于PLC的交通信号灯控制系统创新实验平台的设计与实现[J].工业仪表与自动化装置，2013（2）：70-72.

[3] 吴建龙，苗素云.基于PLC与MCGS的YL-335B自动线控制系统设计与实现[J].机电技术，2015（6）：21-24.

[4] 李俊，周李成，周慧，等.基于PLC的常规加注模拟训练设备控制系统的设计与实现[J].计算机测量与控制，2016（6）：117-120.

[5] 王鑫.基于PLC的MPS-HP-Ⅱ型中速磨煤机控制系统设计与实现[D].吉林大学，2013.

[6] 徐健，王延年.基于PLC的高炉鼓风机控制系统的设计与实现[J].西安工程大学学报，2003（3）：252-255.