高爐自動化系統(tǒng)技術(shù)方案

一、系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)思想

煉鐵生產(chǎn)過程是在高爐內(nèi)進行的一系列復(fù)雜的還原反應(yīng)的過程，爐料（礦石、燃料和熔劑）從爐頂裝入，從鼓風(fēng)機來的冷風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)爐加熱后，形成高溫?zé)犸L(fēng)從高爐風(fēng)口鼓入，隨著焦炭燃燒產(chǎn)生的熱煤氣流自下而往上運動，而爐料則由上而往下運動互相接觸進行熱交換，逐步還原，最后在爐子的下部還原成生鐵，同時形成爐渣。積聚在爐缸的鐵水和爐渣，分別由出鐵口和出渣口放出。

高爐自動化過程主要包含高爐本體控制、給料和配料控制、熱風(fēng)爐控制，以及除塵系統(tǒng)控制等。高爐自動化的目的，主要是保證高爐操作的四個主要問題：正確配料并以一定的順序及時裝入爐內(nèi)；控制爐料均勻下降；調(diào)節(jié)爐料分布及保持其與熱煤氣流的良好接觸；保持高爐整體有合適的熱狀態(tài)。高爐自動化系統(tǒng)主要包括儀表檢測及控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過程及管理用計算機。儀表控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)通常由DCS或PLC完成。

高爐生產(chǎn)必須要求計算機控制系統(tǒng)能夠很好地保證生產(chǎn)過程的連續(xù)性和實時監(jiān)控性，而且要求數(shù)據(jù)量最多，所有設(shè)備的自動化程度要高。計算機系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)采集周期短，刷新速率快，特別對通訊網(wǎng)絡(luò)而言，數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和正確性尤為重要。

對檢測儀表而言，也即對溫度、壓力、差壓、流量、料位、重量的檢測，要求數(shù)據(jù)的采集精確度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

高爐的自動化控制方案，首先應(yīng)著眼于系統(tǒng)的可靠性、實用性和先進性，并在此基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的性價比。

1．可靠性

高爐在鋼鐵廠生產(chǎn)中處于十分重要的位置，它不僅要及時穩(wěn)定的給煉鋼工序提供合格的鐵水，還同時為軋鋼加熱爐提供煤氣。高爐生產(chǎn)的短時間中斷都會給整個生產(chǎn)流程帶來不可估量的損失。

因此，必須把系統(tǒng)的可靠性也即安全性放在高爐控制系統(tǒng)設(shè)計的第一位。在設(shè)備控制方面，要滿足煉鐵設(shè)備及工藝的特定要求，完善必要的軟硬件連鎖，實現(xiàn)最可靠的開停車順序控制，以及可靠的處理突發(fā)性事件的應(yīng)急處理方案，確保整個高爐生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性。

為保證這些設(shè)備安全可靠運行，除了系統(tǒng)硬件之外，還必須在軟件編程上增加多種保護功能，以進一步提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2．實用性

為適應(yīng)中型規(guī)模鋼鐵廠在生產(chǎn)管理的技術(shù)基本點面上要求循序漸進、逐步提高的多數(shù)情況，對高爐生產(chǎn)的過程控制，設(shè)有手動和自動兩種操作狀態(tài)，兩種操作狀態(tài)之間，可實現(xiàn)無擾動切換。

由工業(yè)微型計算機和PLC系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)、控制軟件組成在線計算機應(yīng)用系統(tǒng)，下位機通過各檢測儀表，采集高爐上料、配料運行數(shù)據(jù)、爐體溫度、風(fēng)溫、風(fēng)壓，除塵系統(tǒng)等工藝參數(shù)。

在手動操作模式下，上述工藝參數(shù)經(jīng)過上位機計算機處理，使之成為清晰而精確的“軟件儀表”，將過去人工來不及分析的、各種缺乏相關(guān)性的信息都能充分地利用起來，揭示出它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而對判斷高爐生產(chǎn)過程和指導(dǎo)操作起到了更多的作用。

在自動操作模式下，我們在常規(guī)PID調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)之上，增加了非線性變參數(shù)調(diào)節(jié)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)和智能控制等環(huán)節(jié)。

經(jīng)過計算機綜合分析和建立數(shù)學(xué)模型，作為人工操作或自動調(diào)節(jié)的依據(jù)，并充分利用計算機儲存信息量大的優(yōu)點，為高爐的操作提供更準(zhǔn)確、更合理的控制策略。

3．先進性

采用智能控制技術(shù)，以改變控制策略去適應(yīng)對象的復(fù)雜性和不確定性。具有更好的適應(yīng)性、容錯性、魯棒性、自組織功能，具有自學(xué)習(xí)能力、更強的實時性和人機協(xié)同功能。不僅依靠單純的數(shù)學(xué)模型，而是能夠根據(jù)知識和經(jīng)驗的積累，進行在線推理，做出非線性和多因素的判斷，從而優(yōu)選出能隨動實時變化的最佳控制策略。

通過記錄、分析高爐的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用“優(yōu)選圖法”，指導(dǎo)操作人員，使之確定的每一步動作更加精確和科學(xué)。在這種狀況較之傳統(tǒng)人工操作模式下，高爐各操作參數(shù)的離散程度將明顯縮小，向著最佳區(qū)間，甚至最佳點靠攏的趨勢將非常明顯。

在系統(tǒng)更進一步優(yōu)化后，可實現(xiàn)多種“趨勢分析”，計算機能夠做出趨勢預(yù)報，及時為操作者提供更多的手段，相當(dāng)于真正做到了類似于傳統(tǒng)操作模式下，工藝管理上經(jīng)常會提出“早調(diào)、勤調(diào)、少調(diào)”的要求。高爐生產(chǎn)過程在應(yīng)用本系統(tǒng)后將更加趨向穩(wěn)定。

二、控制系統(tǒng)實施方案

1．系統(tǒng)硬件

本系統(tǒng)PLC硬件全部選用施耐德公司的Modicon TSX Quantum 140系列產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)連接使用Modbus TCP/IP Ethernet，數(shù)據(jù)傳輸速率高達100MBPS，采用信息行業(yè)事實標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP，應(yīng)用層使用Modbus協(xié)議，幾乎不會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突，交換式以太網(wǎng)技術(shù)的使用更避免了沖突發(fā)生的可能。網(wǎng)絡(luò)配置包括PLC端和PC機端兩個部分。

系統(tǒng)中的每套PLC系統(tǒng)通過插在主底板上的140NOE77100 TCP/IP Ethernet模塊連接在100M快速以太網(wǎng)上，位置比較集中的可以采用雙絞線連接。上位監(jiān)控機采用雙絞線連接快速以太網(wǎng)。每臺上位監(jiān)控機內(nèi)各插入1塊3C905C 100M以太網(wǎng)卡。

通過Quantum 140NOE77100模塊可以定義I/O數(shù)據(jù)表，使用Internet Explorer查看以太網(wǎng)狀態(tài)信息和現(xiàn)場I/O數(shù)據(jù)，也可通過其它的內(nèi)嵌功能，基于Web的BOOTP服務(wù)器配置，SNMP協(xié)議支持等，使網(wǎng)絡(luò)建立、調(diào)試、管理都變得簡單。

3．組態(tài)軟件

軟件系統(tǒng)設(shè)計包括PLC組態(tài)及參數(shù)配置、系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)通信配置、操作員站及工程師站人機界面設(shè)計四個部分。

PLC組態(tài)及參數(shù)配置、下位機監(jiān)控系統(tǒng)的編程均在Concept XL V2.6環(huán)境下完成，它易于使用，功能豐富，具有5種符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程模式。特別是軟件仿真測試功能最受用戶歡迎，大大縮短了在線調(diào)試時間。高爐及熱風(fēng)爐根據(jù)控制流程不同，可以采用LD、FBD兩種編程方式。程序功能包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)量程變換、參數(shù)監(jiān)視及異常處理、各種連鎖及控制。

本系統(tǒng)涉及工藝參數(shù)較多，有壓力、溫度、差壓、流量、質(zhì)量、料位、閥位、液位等等。高爐本體及熱風(fēng)爐控制工藝復(fù)雜，設(shè)計和配備必要的調(diào)節(jié)回路。靈活的Concept編程軟件為實現(xiàn)各種控制工藝提供了豐富的功能，可以根據(jù)生產(chǎn)實際編寫出各種需求的功能。

上位監(jiān)控工作站由8臺Advantech工業(yè)控制計算機完成整個系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)采集、運行狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)設(shè)備控制，生產(chǎn)報表的生成和打印、數(shù)據(jù)備份等工作。上位機監(jiān)控軟件中人機界面的設(shè)計采用GE Fanuc iFIX 4.0軟件，可實現(xiàn)實時、歷史趨勢，數(shù)據(jù)報表，數(shù)據(jù)采集，報警記錄，動態(tài)顯示等豐富功能。工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集實時性好，可以完成監(jiān)控畫面設(shè)計、過程數(shù)據(jù)庫建立以及監(jiān)控軟件各功能塊的編制等項的功能。其著重點是確保系統(tǒng)可靠，以及如何方便于操作。

4．系統(tǒng)總圖

高爐自動化控制系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)配置總圖詳見圖1。

圖1 高爐自動化控制系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)配置圖

圖中：整個PLC系統(tǒng)包括5個CPU主機站、6個PLC I/O站和Profibus-DP現(xiàn)場總線。CRT1～CRT4為爐頂及卷揚操作站、高爐本體操作站、上料操作站、熱風(fēng)爐操作站，CRT5為工程師站，CRT6為布袋除塵操作站、CRT7為出鐵場、原料場除塵系統(tǒng)操作站。

其中網(wǎng)絡(luò)連接：24端口以太網(wǎng)交換機設(shè)置在高爐主控室內(nèi)，2臺8端口以太網(wǎng)交換機分別設(shè)置在布袋除塵和礦槽控制室內(nèi)。高爐主控室至布袋除塵、高爐主控室至礦槽控制室之間，通過光纖連接。采用帶光纜接口的交換機，或使用光電轉(zhuǎn)換器，用光纖連接以太網(wǎng)。

5．主要功能描述

本系統(tǒng)將是一個集順序控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集、工況監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理為一體的計算機控制管理系統(tǒng)。主要功能如下：

? 對電動機、閥門等以及成套機電設(shè)備的開關(guān)量控制，包括分組連鎖起動、分組連鎖關(guān)機、組內(nèi)自動連鎖控制、組內(nèi)單步連鎖控制、系統(tǒng)單步調(diào)試。
? 過程控制數(shù)據(jù)的采集和處理（包括開關(guān)量和模擬量）。
? 完善的報警功能。開關(guān)量和模擬量報警的顯示、確認、記錄和打印。報警發(fā)生的開始時間、確認時間和恢復(fù)時間均能自動記錄。
? 動態(tài)顯示工藝流程圖畫面，各畫面之間可以自由切換。
? 歷史曲線圖、實時曲線圖、電氣儀表圖和棒形圖顯示和打印。
? 定時打印或即時打印生產(chǎn)班報表、生產(chǎn)日報表、生產(chǎn)月報表。定時打印的時間間隔可修改，即交接班時間可通過操作設(shè)定。
? 面向目標(biāo)的操作方式，友善的人機操作界面。對某臺設(shè)備的操作，只需把光標(biāo)移到相應(yīng)的目標(biāo)（如電機、閥門）的圖形位置上就可完成操作。如目標(biāo)能被選中，則允許操作，否則操作無效。
? 系統(tǒng)時間、模擬量報警上下限的設(shè)置和修正。
? 較強的系統(tǒng)自診斷功能，包括PLC模塊出錯顯示，在線查看開關(guān)量和模擬量條件表。
? 操作記錄、開關(guān)量報警列表、模擬量報警列表的自動記錄和顯示打印。
? 為加強系統(tǒng)的可靠性，對系統(tǒng)的某些重要操作設(shè)置密碼，以防無關(guān)人員隨意進入操作。

6．PLC控制功能

⑴ 爐頂系統(tǒng)

? 爐頂布料程序控制和爐頂設(shè)備順序控制；
? 料流調(diào)節(jié)閥開度控制；
? 溜槽傾動和旋轉(zhuǎn)控制；
? 料線測量和探尺控制；
? 爐頂均排壓控制；
? 爐頂溫度監(jiān)測和壓力控制。

⑵ 槽下系統(tǒng)

? 焦炭、礦石的備料系統(tǒng)；
? 原料的稱量補償和水分控制；
? 高爐裝料程序控制。

⑶ 高爐本體

? 爐體各點的溫度、壓力、流量檢測；
? 爐喉溫度和煤氣成分?jǐn)?shù)據(jù)處理；
? 熱風(fēng)溫度調(diào)節(jié)；
? 爐體冷卻水壓力、流量測量；
? 風(fēng)口平臺出鐵場蒸氣、壓縮空氣、O2的流量及壓力測量；
? 爐體參數(shù)監(jiān)控和報警；
? 爐體系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理。

⑷ 熱風(fēng)爐系統(tǒng)

? 熱風(fēng)爐燃燒調(diào)節(jié)閥遙控操作；
? 煤氣總管壓力自動調(diào)節(jié)；
? 熱風(fēng)爐拱頂溫度記錄；
? 熱風(fēng)爐出口溫度記錄；
? 熱風(fēng)爐燃燒室溫度記錄；
? 熱風(fēng)爐廢氣溫度記錄；
? 熱風(fēng)爐總管壓力記錄；
? 冷風(fēng)總管壓力、流量記錄；
? 冷風(fēng)總管溫度指示；
? 凈煤氣總管溫度、壓力指示；
? 凈煤氣總管流量、溫度指示；
? 助燃空氣總管壓力、溫度指示；
? 助燃空氣，總管流量記錄；
? 冷卻水壓力指示；
? 冷卻水流量指示、累計；
? 冷風(fēng)均壓信號；
? 廢氣排壓信號；
? 生產(chǎn)聯(lián)絡(luò)信號。

⑸ 布袋除塵系統(tǒng)

? 荒煤氣總管溫度指示、記錄、報警、連鎖；
? 荒煤氣總管壓力指示；
? 荒煤氣總管壓差指示、應(yīng)答、連鎖；
? 凈煤氣溫度指示；
? 凈煤氣流量指示、累計；
? 凈煤氣含塵量檢測、報警。

⑹ 其它系統(tǒng)

? 除塵系統(tǒng)的煤氣溫度、壓力測量；
? 沖渣水壓力、流量采集。

三、系統(tǒng)啟動和運行

接通系統(tǒng)總電源后，先開啟PLC系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電源，待進入正常運行狀態(tài)后，再打開操作站彩色顯示器和工控機電源，系統(tǒng)引導(dǎo)后直接進入主菜單。主菜單有四個選項：

運行操作──進入系統(tǒng)概貌圖，根據(jù)系統(tǒng)概貌圖中的功能按鈕，進入各項相應(yīng)操作。
歷史曲線──顯示并打印已記錄在硬盤中的模擬量數(shù)據(jù)。
報表打印──查看及打印生產(chǎn)班報表、生產(chǎn)日報表、生產(chǎn)月報表。
系統(tǒng)維護──進入與系統(tǒng)設(shè)置和維護有關(guān)的各項操作。

1. 系統(tǒng)畫面

為了使畫面整齊、美觀，各系統(tǒng)監(jiān)控畫面分別由一幅系統(tǒng)主工藝畫面和若干幅分畫面組成，系統(tǒng)主工藝上只顯示重要的目標(biāo)和數(shù)據(jù)。如要了解更詳細的情況可切換到分畫面上，就能看到進入PLC系統(tǒng)的所有測點目標(biāo)和數(shù)據(jù)的動態(tài)實時顯示，全部使用漢字提示。按主菜單運行操作按鈕后進入系統(tǒng)主工藝畫面。

在主畫面的底部有一個按鈕式的子菜單，將包括：爐頂及卷揚、高爐本體、熱風(fēng)爐、布袋除塵、和轉(zhuǎn)運站、系統(tǒng)組操作、報警列表、實時數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)一覽表按鈕。按前面幾個按鈕，可以進行畫面之間的切換。后面四個按鈕，用于選擇其它功能操作。

在各監(jiān)控畫面上，用不同的圖形表示電機和閥門等設(shè)備；在組操作中，用漢字設(shè)備名稱指示框表示之。以不同的顏色來表示電機是否備妥、正常運行，報警和報警已被確認。從運行的目標(biāo)是否帶有邊框可以區(qū)分出，該設(shè)備是在集中方式下或是在現(xiàn)場機旁啟動的。

2. 運行操作

系統(tǒng)正常運行時以組操作為主。按下組操作按鈕，就能彈出一個標(biāo)注設(shè)備名稱的流程框圖構(gòu)成的組操作畫面，根據(jù)開車順序分別起動各組電機。在組操作區(qū)中有組開、組關(guān)、暫停、退出四個按鈕供操作選擇。各按鈕前的指示燈綠色表示正在執(zhí)行該操作，將光標(biāo)直接對準(zhǔn)組內(nèi)電機，也可進行組內(nèi)單步連鎖操作。

圖2 高爐立面設(shè)計示例

圖3 高爐爐頂上料示例

在進入系統(tǒng)單步調(diào)試狀態(tài)后，除了在組操作畫面上操作外，也能直接在各個子畫面上，面向目標(biāo)進行單步調(diào)試操作，如選中時目標(biāo)為黃色，進行開機操作；如目標(biāo)為綠色，則進行關(guān)機操作。

對高爐生產(chǎn)中的幾個關(guān)鍵過程，在相關(guān)的畫面中設(shè)計簡潔而醒目的動態(tài)顯示。如在高爐上料環(huán)節(jié)中，我們充分利用安裝在減速機輸出軸的絕對位置編碼器信號，在分畫面中動態(tài)顯示料車位置。在高爐布料過程中，我們將根據(jù)布料和探尺相關(guān)設(shè)備的返回信號，動態(tài)模擬顯示高爐料層的實時位置。同時通過Modbus總線將變頻器和PLC連接起來，實時監(jiān)控變頻器的運行狀態(tài)。如此直觀的畫面，再配合以工藝參數(shù)的監(jiān)測和報警狀態(tài)顯示，操作人員就能夠?qū)Ω郀t的主要實時運行工況一目了然，對提高系統(tǒng)安全性和可靠性提供了扎實的保證，并且在便于工人的操作方面也都是十分有益的。

3．過程控制

從實用的角度出發(fā)，本系統(tǒng)的模擬量輸出主要用于閥門的調(diào)節(jié)和閥位控制。并按工藝要求設(shè)置必要的單回路PID自動調(diào)節(jié)回路，必須是到目前為止公認比較成熟和可靠的。高爐各系統(tǒng)生產(chǎn)過程檢測與控制項目如下：

⑴ 礦槽料位

每個礦槽上裝一臺料位計。礦槽料位信號作為上料控制用。在礦槽三樓控制室設(shè)有監(jiān)視儀表盤，同時礦槽料位信號也遞至高爐主控樓計算機。

⑵ 槽下稱量

槽下每個稱量斗設(shè)一臺電子秤，其信號送至高爐主控樓計算機，對稱量結(jié)果進行補償。

⑶ 高爐本體、無料鐘爐頂及粗煤氣系統(tǒng)

高爐本體檢測項目主要有：爐基、爐底、爐身、爐喉、爐頂溫度、風(fēng)渣口小套出水溫度和冷、熱風(fēng)溫度；爐底、爐喉鋼磚冷卻水流量、壓力，爐體冷卻工業(yè)水流量、壓力，風(fēng)渣口小套高壓水流量、壓力，沖渣水流量、壓力，壓縮空氣、氮氣、蒸汽流量、壓力；高爐全壓差及爐靜壓、爐身透氣性測量。

爐頂料罐內(nèi)壓力、溫度檢測。料罐料空信號料位計測量；高爐料線測量，爐頂氣密箱溫度、氣密箱冷卻水溫度、流量測量。

粗煤氣系統(tǒng)有除塵器上部煤氣壓力、溫度測量；除塵器下部錐體溫度測量。

爐頂煤氣壓力自動調(diào)節(jié)；熱風(fēng)溫度自動調(diào)節(jié)；爐頂?shù)庥玫獨鈮毫ψ詣诱{(diào)節(jié)等。

⑷ 熱風(fēng)爐

熱風(fēng)爐系統(tǒng)拱頂溫度、煤氣溫度和含氧量，熱風(fēng)爐煤氣量、助燃空氣量，熱風(fēng)爐冷風(fēng)閥前后差壓及煙道閥前后差壓，其均壓信號可送電氣聯(lián)鎖；冷風(fēng)總管壓力、溫度、流量；煤氣總管溫度、壓力、流量。空氣預(yù)熱器前后煙氣溫度，壓力及空氣溫度。前置預(yù)熱器前后煙氣溫度、壓力，煤氣溫度、壓力，空氣溫度、壓力。冷卻水溫度、壓力、流量和出水溫度。燃燒過程可根據(jù)拱頂溫度控制煤氣調(diào)節(jié)閥，助燃空氣與煤氣采用配比調(diào)節(jié)。助燃空氣總管壓力自動調(diào)節(jié)等。

⑸ 布袋除塵系統(tǒng)

布袋除塵系統(tǒng)每個箱體的出口支管，裝有煤氣流量測量：布袋除塵器下部錐體及中間灰斗設(shè)有料位檢測。

除塵器人口總管設(shè)有煤氣壓力、溫度測量；凈煤氣總管設(shè)有煤氣壓力、溫度、流量和含塵量測量。

⑹ 礦槽除塵和出鐵場除塵

礦槽和出鐵場除塵器前溫度檢測。除塵器進出口差壓測量?；叶犯叩土衔贿B鎖及報警。除塵風(fēng)機運行參數(shù)和報警等。

以高爐布料為例：高爐冶煉過程是連續(xù)的，爐內(nèi)有壓力且產(chǎn)生大量煤氣，整個過程是和大氣隔絕的。在隔絕的狀況下如何源源不斷地把爐料加到爐內(nèi)，對保證高爐正常冶煉至關(guān)重要。

目前普遍使用的無料鐘爐頂如圖4所示。該成套設(shè)備為串罐式，用于高爐爐頂受料與給料及布料，布料工藝性能好，可實現(xiàn)多環(huán)或任意點布料。通常都采用料流調(diào)節(jié)閥加布料溜槽的控制方式，來確保礦石、焦炭在爐內(nèi)的精確布料。工作過程簡述如下：

⑴ 受料斗空，擋料閥關(guān)，上密封閥關(guān)。上料；

⑵ 料罐空，料流調(diào)節(jié)閥關(guān)，滾筒停，下密封閥關(guān)。打開放散閥，料罐壓力降至大氣壓；

⑶ 打開上密封閥，打開擋料閥，由受料斗向料罐放料，放空后關(guān)閉擋料閥、關(guān)閉上密封閥；

⑷ 關(guān)閉放散閥，打開一次均壓閥，料罐充壓，關(guān)一次均壓，開二次均壓至料罐壓力與高爐壓力相等或略高，關(guān)二次均壓，開下密封閥。

⑸ 料線到達設(shè)定值，開始布料過程：

a. 提料尺，溜槽運動到設(shè)定位置，開料流調(diào)節(jié)閥到設(shè)定的γ角并啟動給料滾筒，向高爐布料。

圖4 下料閥調(diào)節(jié)工作示意

b. 料罐空，停滾筒，關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉下密封閥，放探尺。本次布料結(jié)束。再承接第⑵步，如此周而復(fù)始。

利用料流調(diào)節(jié)閥和布料溜槽控制布料原理如圖5和圖6所示：

圖5 下料閥調(diào)節(jié)工作示意 圖6 布料溜槽工作示意圖

高爐爐料經(jīng)過礦槽配料工藝后，先進入到爐頂上料斗和下料斗，在高爐接到布料指令后，其下料斗的料流調(diào)節(jié)閥首先要按工藝要求開啟到給定的開度（即γ角），爐料按一定的流量經(jīng)布料滾筒后流到布料溜槽上，布料溜槽也按工藝要求升到一定的傾動角度（即α角），同時，布料溜槽還在水平面方向上進行著勻速旋轉(zhuǎn)（即β角）。這樣爐料就可以均勻的布到高爐的料面上了。

圖7 下料斗調(diào)節(jié)閥開度控制流程圖

從上述基本控制原理可以看出，只要控制好α、β、γ三個角度，就能把爐料按任意的形式布到爐內(nèi)。高爐布料方式一般有環(huán)形布料、扇形布料、螺旋形布料和定點布料等幾種，最多使用的還是環(huán)形布料，即一批料以不同的傾動角度布到爐內(nèi)，形成以高爐中心為圓心的數(shù)個圓環(huán)，使?fàn)t料均勻的布在爐內(nèi)。如果在冶煉過程中出現(xiàn)爐內(nèi)料面不均勻的情況，則可以利用扇形布料或定點布料來彌補?；蛘郀t長根據(jù)爐況需要，為改善透氣性、保護爐壁使其溫度不致過熱等等原因，也需要采用扇形或定點布料的方法來改善爐內(nèi)爐料的分布狀態(tài)。

在布料控制過程中下料斗調(diào)節(jié)閥開度（即γ角的控制）是至關(guān)重要的，只有精確控制好γ角，才能有效地控制好下料流量，進而更準(zhǔn)確的控制好每批料布料的厚度、環(huán)數(shù)及布料的起點和終點。

由爐頂料流調(diào)節(jié)閥的實際開度返回值（采用自整角機或光電編碼器檢測轉(zhuǎn)換成實際角度），并接收爐頂控制系統(tǒng)發(fā)出的γ角開度大小和動作指令。經(jīng)分析處理后轉(zhuǎn)換成4～20mA的電信號控制直流驅(qū)動裝置。為了使系統(tǒng)既有較快速響應(yīng)特性，又能達到較理想的準(zhǔn)確度，采用PID調(diào)節(jié)和邏輯控制相結(jié)合的方法。其程序流程如圖7所示。

PLC控制系統(tǒng)首先檢測γ角的給定值和實際返回值，并計算出它們的差值δ, 當(dāng)δ值大于某個角度（比如2度）時，給定直流驅(qū)動裝置以較大的步長，使系統(tǒng)快速反應(yīng)；當(dāng)δ值小于某個角度、即γ角接近給定值時，系統(tǒng)自動進入PID調(diào)節(jié)控制狀態(tài)，即隨著δ值的減小，控制系統(tǒng)給定的調(diào)節(jié)幅度也按比例減小，直至為零。

PID調(diào)節(jié)的各項參數(shù)（比例、微分、積分系數(shù)，延時時間，偏移量等）必須反復(fù)調(diào)試才能達到最好效果，確保較高的控制精度。

高爐冷風(fēng)閥自動調(diào)節(jié)和爐頂壓力自動調(diào)節(jié)，可根據(jù)用戶的需求酌情采用。

4. 開關(guān)量報警

電機在運行過程中備妥消失，或在啟動以后沒有及時得到運行應(yīng)答信號，或在運行過程中有過電流，或出現(xiàn)綜合故障時，系統(tǒng)就會發(fā)出報警。一旦檢查到開關(guān)量報警，屏幕上相應(yīng)的目標(biāo)變成紅色閃動且有聲響。如報警目標(biāo)不在當(dāng)前畫面上，系統(tǒng)畫面切換按鈕上會顯示紅色閃動邊框，提示到該畫面中去尋找報警目標(biāo)。對其進行操作即可確認此報警，確認后紅色不閃，聲響消失，目標(biāo)的紅色一直要保持到報警狀態(tài)完全解除后才能消失。

在開關(guān)量報警列表中，計算機自動記錄報警的目標(biāo)名稱，報警產(chǎn)生時間、確認時間、解除時間等，分別以不同的顏色來表示。

5. 模擬量報警

在系統(tǒng)主工藝畫面和各個分圖中可以動態(tài)實時顯示模擬量數(shù)值。此值在正常時以綠色顯示；超出設(shè)定上下限，且系統(tǒng)正處于正常運行狀態(tài)，就會出現(xiàn)模擬量報警，此時數(shù)值成紅色閃動和發(fā)出聲響，并在屏幕頂端出現(xiàn)報警窗口，提示模擬量名稱、報警的發(fā)生時間、越限值和確認按鈕。經(jīng)確認后報警窗口消失。模擬量報警列表與開關(guān)量報警列表相同。

6. 實時趨勢

實時數(shù)據(jù)顯示包括實時曲線、棒形圖、電氣儀表圖三個子功能按鈕。按下某功能按鈕，可分別進入不同的圖形顯示。實時曲線窗口畫面分四個小顯示窗口，能同時顯示四條實時曲線。按下設(shè)置按鈕后屏幕上彈出一個選擇窗口，列出可供選擇的各個模擬量。

7. 歷史曲線

在系統(tǒng)主菜單中按歷史曲線按鈕，可進入歷史曲線和趨勢查詢和打印功能。屏幕上可以單幅顯示也可以用四個歷史曲線窗口，分別顯示四幅不同的歷史曲線。在選擇顯示或打印之前，歷史曲線的日期、起始時間、時間間隔都能進行設(shè)定，并能實現(xiàn)曲線的左右移動。

8. 報表打印

在系統(tǒng)菜單選擇報表打印，就可進入報表打印功能。屏幕先顯示當(dāng)前時刻的生產(chǎn)班報表，右下角有報表選擇按鈕。報表打印設(shè)有定時打印和即時打印兩種方式。在選擇打印功能后打印機自動通電。

9. 系統(tǒng)維護

選擇主菜單中的系統(tǒng)維護，即彈出系統(tǒng)維護功能子菜單，對能改變系統(tǒng)運行狀況的維護功能，必須從鍵盤輸入密碼才能進入。各選項如下：

系統(tǒng)單步調(diào)試：用于設(shè)置系統(tǒng)成單步調(diào)試狀態(tài)。

系統(tǒng)操作記錄：記錄上位機的權(quán)限轉(zhuǎn)換、狀態(tài)變化及運行操作?？稍敿氂涗洰?dāng)班人員的每一步操作，包括組操作、開停機，對報警的響應(yīng)和調(diào)用的其它功能?？煞瓌硬殚?00個記錄，500個以前的操作均記錄在硬盤上，最多可記錄一個星期或更長的時間。

系統(tǒng)打印設(shè)置：用于設(shè)置系統(tǒng)的生產(chǎn)班報表、生產(chǎn)日報表、生產(chǎn)月報表的定時打印和即時打印。設(shè)置按鈕前有一指示燈，表示當(dāng)前打印狀態(tài)。

系統(tǒng)健康圖：用于顯示下位機各模塊的運行狀況。當(dāng)下位機某一模塊發(fā)生運行故障時，該圖中所對應(yīng)的模塊就閃紅報警，直到故障排除為止。

圖8 PLC系統(tǒng)健康圖

開關(guān)量和模擬量控制條件表：分頁顯示系統(tǒng)開關(guān)量和模擬量控制條件表。表中詳細列出設(shè)備名稱、PLC接點位號、以及機柜內(nèi)來去的端子號，儀表位號和量程，以及系統(tǒng)配電圖等。維修人員無須再去查閱圖紙，就能掌握現(xiàn)場信號的來龍去脈，一目了然，十分方便。模擬量控制條件表中的報警上下限參數(shù)，還可通過鍵盤修改。

班工作時間設(shè)置：可通過鍵盤或跟蹤球設(shè)置早、中、晚三班的起始時間，各個班按八小時間隔自動分配。

系統(tǒng)時間校正：可通過鍵盤或跟蹤球校正系統(tǒng)時鐘的時、分、秒。

系統(tǒng)密碼設(shè)置：用于設(shè)置系統(tǒng)的各級密碼。

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