计算机过程控制系统在炼钢厂的应用

万丽萍

摘要：随着国际上“工业4.0”潮流的兴起，国内部分钢铁企业紧跟时代科技潮流，不断引进智能技术，提高自动化水平，在生产计划、质量管控、能源管理、物料准备、成本管控、设备运维方面取得积极进展。

关键词：计算机；过程控制系统；炼钢厂；应用

1计算机过程控制系统的概述

计算机过程控制系统是一种依托于计算机技术发展起来的现代技术，其具有非常广阔的应用前景。通过计算机，可以实现对于单个阀门或者电机的控制，还可以实现对于整个企业或者是工廠的控制。其控制的方式也是多种多样的，既有较为简单的单回路控制，同时也有较为复杂的最优控制、自适应控制或者是智能控制。因此，对其分类也就变得比较复杂，可以根据设定值和被控参数的形式来分类，或者根据被控对象的特点、控制功能的类型等来划分，又或者是根据控制规律、系统功能以及控制方式来划分。比较常见的方法是根据系统功能来进行分类。

一是操作指导控制系统，这类系统中计算机的输出针对的是过程参数的收集，并且在加工处理后进行数据输出，从而指导操作人员的必要操作，计算机并不直接用于控制生产过程。

二是具备对于生产过程的参数进行分析、巡检以及记录，并进行报警处理等功能的数据处理系统。

三是计算机在生产过程中，以对象的数字模型或者是生产过程参数为依据给出最合适的工艺参数来进行系统控制的监督控制系统。

四是直接数字控制系统。它主要是指计算机通过过程输入通道来获得数据，然后进行运算和处理，最后通过输出通道进行控制信号的输出，从而达到驱动执行机构的目的。

五是集散控制系统。微处理器是集散控制系统的核心所在，通过微处理器可以实现分散控制的目标，还可以利用高速数据通道对于分散的信息进行集中处理，从而达到较为复杂的管理和控制操作。

六是多级控制系统。通过多级控制系统企业在生产以及经营管理可以通过几级计算机来开展控制工作，一般而言可以达到监督控制、经营管理以及直接数字控制这三级系统。

七是监控与数据采集系统。监控与数据采集系统是综合自动化系统中的一种形式，它主要依托于控制、CRT、计算机以及通讯等多种技术来对于生产过程进行控制。一般而言，主要有监控与数据采集系统监控点以及控制中心两个层次的控制结构。

2炼钢过程智能技术的作用

随着自动化基础检测技术的进步，如转炉的炉衬测厚仪、定氧仪、连铸的倒锥度测量仪、辊间距测量仪等应用，有效提升了转炉、连铸工艺的管控能力。此外随着可编程控制器技术、模糊逻辑控制技术、智能控制技术、工业网络技术、专家系统、计算机辅助生产技术等的发展，又促进炼钢的智能化水平的提高。

炼钢的“智能化”核心是在基础自动化完善的前提下，综合应用运筹学、专家系统和流程仿真等技术，协调生产线各工序作业，进行全线物流跟踪、质量跟踪控制、成本在线控制、设备预测维护等。具体的技术包括转炉的静态模型、动态模型、吹炼自动化模型、主原料计算模型、合金模型等，连铸包括自动开浇、自动加保护渣等。

3转炉自动化控制功能及关键技术

3.1转炉冶炼的静、动态模型控制技术

转炉炼钢自动化控制技术则是根据钢种以及铁水的重量和温度，在转炉兑铁前，由二级计算机分析出整个过程的氧枪吹炼高度、熔剂加入量、吹氧量、底吹量等静态数据，同时在吹炼后期检测钢水成分和温度等参数，再通过二级计算机系统分析出动态模型调整数据，从而实现炼钢的自动化控制，保证达到最终目标。

3.2转炉氧枪氧气流量自动控制

冶炼时根据产生的烟气成分变化特点，分析且计算出一套随冶炼时间变化而变化的氧气流量模型，使氧枪内氧气流量在冶炼时随冶炼时间根据模型自动阶段性控制，对氧气流量进行双PID控制，提高控氧的稳定性，目前流量能控制在设定值的±500m3/h以内。

3.3转炉自动加料系统

计算机可根据加料模型自动进行振料、配料、向炉内加料作业，完成一炉钢的加料造渣，实现转炉过程冶炼自动加料控制，有利于稳定生产冶炼，便于建立不同条件下的冶炼控制模型，加料系统会根据氧步进行自动加料，且上下仓制作连锁，确保不能出现因上下仓同时打开导致料重不准的状况。

3.4转炉底吹氩自动控制

转炉底吹氩自动控制为全自动控制，建立模型后，在确认同一种钢种后，不需要做任何操作，系统会自动根据冶炼供氧量、转炉倾角等参数进行阶段性全自动控制。

根据冶炼供氧量建立氧步模型，底吹管供氩或供氮由模型表中设定值来判断，且阀门自动切换，上位机主画面有供氩、供氮和供气故障等显示灯进行提示。

3.5转炉出钢自动下渣检测

转炉出钢自动下渣检测装置由摄像仪、工控机等组成，实现转炉出钢自动挡渣控制，降低下渣量，提高钢水质量。

3.6炉后氩站吹氩自动控制

根据钢包位置和转炉倾角建立模型表，钢包吹氩流量根据模型进行阶段性供氩。转炉炉后氩站自动控制，进一步实现无人值守。

4计算机过程控制系统在炼钢中的应用

4.1画面监控

计算机过程控制系统应该提供实时趋势、仪表棒图、工艺流程、报警图以及历史趋势等监控画面，而且应该保障各个画面可以进行快速的切换，以便更好地对于整个生产过程进行监控。特别是对于转炉本体的监控系统应该提供更加全面、直观、清晰的监控画面，对于其运行状态和工艺流程进行更好的控制和操作。

4.2数据采集

通过相关的驱动程序，计算机过程控制系统可以实现和外设的通讯并进行现场实时数据的采集工作。然后通过计算机操作站实时监视整个系统的运转状况，同时对于采集起来的实时数据开展加工和处理工作，从而达到在线实时控制、管理的目的。

4.3修改及设定控制参数

控制参数的设定和修改是通过计算机过程控制系统对于整个炼钢过程进行调节和控制的关键环节之一，通过系统技术人员可以很方便地根据相关的设计要求和工艺要求进行参数的设定，同时还可以根据炼钢过程中的具体情况来调整和修改相关的参数，从而确保生产过程的顺利进行，保障生产过程的安全。控制参数的设定好修改必须做好权限的设置工作，对于不同级别的技术和管理人员赋予不同级别的操作权限，避免出现安全生产的隐患。可以进行设定和修改的控制参数应该包括温度、液位、压力、压力，还有PID调节参数等。

4.4报警处理

当炼钢过程中出现异常的时候，计算机过程控制系统必须提供画面、声音等报警信息，对于技术人员进行提醒。同时，在报警记录中还应包含故障时间、部位等相关的信息，在方便技术人员进行故障处理的同时也有助于故障历史数据记录的查询和分析。

4.5网络通信

网络通信对于炼钢生产过程的调节和控制至关重要，计算机过程控制系统通过相关的软件系统可以实现生产过程信息的共享，进行数据的交换。通过在服务器上安装的软件可以实现在后台数据库与现场设备之间建立起有效的连接，达到数据传送控制的目的。

结论

总之，计算机过程控制系统是一项功能强大的现代化技术，其在炼钢厂中的应用可以有效地提高炼钢厂的生产效率，提高整个生产过程的安全性。

参考文献

[1]刘青，黄星武，富平原.炼钢厂系统生产模式优化[J].北京科技大学学报，2015（06）：736-739+763.

[2]刘青，田乃媛，殷瑞钰.炼钢厂的运行控制[J].钢铁，2017（09）：14-18.

（作者单位：中冶东方工程技术有限公司）