炼铁高炉电气自动化控制系统研究

杨春霞 张瑞娟

摘要：钢材是现代工业生产的基础，房屋建筑、交通运输、航空航天、军事等都需要钢材作为材料，随着工业建设的发展，对钢材的需求量越来越大，对冶炼质量的要求也越来越严格。为了适应工业生产的需要，必须对炼铁工艺进行改革，提高生产效率和质量。高炉炼铁技术已经发展了几千年，是一种非常成熟和先进的炼铁技术。因此，为适应工业发展需要，提高高炉冶炼效率，保证钢铁产量和质量，利用电气自动控制系统对高炉冶炼操作进行精确控制，是提高钢铁产品质量的重要途径。另外，高炉炼铁电气自动化控制能在节省人力、物力和时间的前提下，更好地监控和反馈铁水冶炼控制的各个环节，保证高炉冶炼的安全、稳定、高效运行，提高企业的经济效益。

关键词：高炉炼铁;电气自动化;控制系统;研究;分析

1高炉电气自动化控制系统的基本构成

在日常炼铁作业中，电气自动化控制系统一般采用开放式结构。对于高炉电气自动控制系统，设计炼铁高炉电气自动控制系统的基本思路是实现低生产成本、高生产性能，同时充分提高整体生产效率，更加节能。在炼铁高炉电气自动化控制中，控制系统的安全性和稳定性是最重要的。现代炼铁高炉系统的设备往往不在同一地点，因此有必要保证设备布置的合理性，以减少电气控制电缆等的使用，从而节约建设和维护成本，提高设备的性价比。炼铁高炉电气自动化控制采用分层网络结构，以PLC系统为基本操作站，连接系统监控设备、远程控制和电气系统，通过本地Internet采集现场设备运行数据并汇总到PLC、上位机。根据反馈的数据，监控人员可以对生产过程进行实时预测和调整，实现高炉运行的自动化管理和控制。为了提高整个系统的安全性和稳定性，有必要采用PLC系统的等冗余配置，以避免链路故障影响整个系统的正常运行。

2炼铁高炉电气自动控制的各系统构成

2.1自动控制系统。

将自动控制系统应用于炼铁高炉的运行中，可以对炼铁过程中的各种参数，如风压、风温、流量等进行有效的监测和控制，使高炉的工作状态得到明确的界定。一般来说，高炉在运行过程中主要是利用电气、仪表和PLC、计算机来完成综合控制。辅助系统实际上是负责确定控制难度的具体工作，一般会采用继电器或PLC系统监控自动化系统。监控人员可以结合模拟画面查找历史趋势的手段，然后判断确定设备的运行情况，如果发现设备在运行中出现问题，需要工作人员采取相应的措施及时处理，以保证现场设备的正常运行，及员工的人身安全。控制人员可以通过计算机对各种设备和阀门开关进行远程控制，从而调整高炉的实际情况。

2.2高炉传动控制系统。

在高炉传动系统中，会用到各种高低压传动设备，如皮带机电机、风机电机、探尺电机等。在具体的运行控制中，通常采用交、直流调速方式，尤其以交-直-交变频调速方式最为普遍。同时，为了进一步提高运行中高炉传动系统的稳定性和可靠性，减少故障的发生，通常在调速系统中进行冗余设置，增加与控制装置相同的变频器作为备用，如果主控装置出现故障，可由后备控制装置切换进行控制，保证整个传动系统的稳定性。

2.3自动热风炉系统。

在炼铁高炉生产中，热风系统必须进行燃烧、焖炉、送风三道工序，以保证炼铁过程对热风的需求。热风炉有三种工作方式：全自动、半自动和手动操作。在全自动模式下，热风炉能在设定的工作模式下自动优化调整高炉内的燃烧过程，同时能记录燃烧过程中炉顶温度、冷风流量、煤气流量等的变化，来控制高炉的实时运行，工作人员进行掌握和控制，来及时处理异常情况，保证高炉生产的稳定运行。

2.4高炉生产过程中原料系统自动化控制。

原料自动化系统经过长期发展和应用已经非常成熟，该系统在高炉生产中能够根据记录料仓中原料输入和输出值，从而计算出加入到高炉内原料的数量，这样就可以及时掌握高炉生产中的各种原材料量。（原料）自动化系统就能够通过自身的精确计算而完成对整个高炉原材料称量的有效管控。其具体操作过程如下：（1）计算机控制系统会根据设定的原料供给品种来自动设置相应的装料量。（2）称量料斗中的具体质量会通过负荷传感器检测出来，并且通过PLC控制程序的计算完成对实际物料量和设定量值的对比，当实际量达到设定量的95%时，就会指示给料机停止给料，通过余振完全达到设定值。（3）当实际量完全达到设定量时，计算机控制系统就会发出‘满”信号，同时还会记录此时称量值。（4）如果因为设备故障而导致上述信号无法发出，或者给料机无法停止，就会迅速做出备用停运指令，避免影响高炉生产。（5）在放料结束后，料斗闸门就会关闭，同时在计算机中也会发出称量斗为0的空信号，并把相关指令传输到对应的电气设备，之后计算机系统就会按照既定的原料值来精确完成给料称量控制。

2.5自动监控系统。

炼铁高炉电气自动化操控系统还应该建立一个单独的监控系统，经过合理的设计工艺画面模块，可以仔细的记录炼铁高炉工作过程中的数据，全面的了解全部设备运行的情况，同时还可以使各种数据信息实现共享，使有关工作人员可以发现炼铁高炉工作过程中出现的问题并给予及时的处理，以便于可以对炼铁高炉自动化控制系统的实际运转情況全面的了解，保证电气自动化系统的安全性和稳定性，在一定程度上推动生产作业的顺利开展。

3电气自动化对高炉生产的影响

目前一些处于粗放型管理阶段，还不能实现精细化管理要求，还存在技术数据采集周期长、利用率低等问题，上级管理部门无法第一时间获取信息反馈，导致不能及时地做出管理决策;上级部门因无法掌握全面的生产信息，难以系统准确地对生产情况做出分析;大量数据需要人工二次采集、输入、计算，工作量大，工作效率低等，而利用信息技术手段和电气自动控制系统将高炉炼铁自动化以后，以上问题都得到了很好的解决，由自动监控系统所采集的数据十分详尽并且留有记录，避免了人工采集的费时费力以及疏漏可能，有效地保证了生产的顺利进行，从节约成本、提高产品质量到提升工作效率各方面都起到了积极的作用。

4现阶段高炉自动控制系统的发展和升级方向

在现阶段为了更好满足高炉生产的实际要求，在当下高炉自动化控制系统一般都会选择开放性设计，但是其必须以系统的稳定性和合理性为前提，并尽可能降低成本造价，增强系统的性价比。虽然在当下自动控制技术、信息技术、计算机技术等日新月异，智能化、自动化程度越来越高，这也为高炉电气自动控制系统提供了今后的发展方向，奠定了今后的发展基调。在今后应该重视对智能电子设备、远程控制、互联网传输等技术设备的有效应用和全面开发，将其作用和价值充分发挥到高炉电气自动化控制系统中，积极拓展系统应用范围，丰富系统功能，不断提高高度电气自动化控制系统的智能化和自动化程度，为高炉炼铁生产提供更加高效、稳定的控制保障，为钢铁冶金企业经济效益和自身的可持续发展做出有效贡献。

5结论

随着科学技术的快速发展，炼铁高炉电控系统在钢铁企业中得到了广泛应用，不仅大大提高了高炉冶炼质量，而且生产出了更多优质钢材产品，有效降低了能源损失，实现了节能减排目标，减少了环境污染，为钢铁企业带来了更大的经济效益和生态效益。在冶炼过程中，工作人员要有效的分析和合理的控制炼铁高炉电气自动控制系统，包括炉顶供料系统、热风炉系统等，不断提升电气自动控制系统应用的效率，以此不断提升高炉炼铁的工作效率，促进冶炼行业的健康可持续发展。

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