柏洪升，董立峰( 西林钢铁集团有限责任公司 计控处,黑龙江 伊春 153025）

1 引言

西林钢铁集团公司3#喷煤系统是由2009年上线的，该项目是西钢的重点工程4#、5#高炉的配套项目，其生产流程由原煤上料、制粉、喷吹、布袋收粉等工序组成。现场设备由一台大型中速磨机、升温炉、主排风机、布袋收粉、原煤仓、煤粉仓、四个喷吹罐及其相关附属设备组成，可以同时对1080m3和1260m3两座高炉实现喷送煤粉，是一座现代化的制粉及喷煤系统，采用了许多先进的工艺设备和技术，基础自动化系统配置由PLC和监控软件组成，具有较高的控制水平，而且采用数据库存储历史数据，为将来生产提供历史数据参考，更好地完善了生产工艺。

2 控制系统构成

西钢2#喷煤控制系统利用以太网和MB+网络通信技术，采用PLC+监控软件的方式构成三电一体化控制系统，下位机采用施耐德公司的Quantum系列PLC，监控软件使用Intellution公司的iFIX4.0软件，完成工艺数据的采集处理、监视控制、操作记录等。既有分布控制优点，又有非常强的信息集成能力，使系统自动化和信息管理达到较高水平。

2.1 设备控制级

设备控制级共二套PLC，一套安装在主控室，一套安装在磨机车间，利用工业以太网交换机组成网络，该网络将二台PLC连在一起，通过140NOE77101以太网通讯模块实现与过程控制级计算机通信。

2.2 过程控制级

采用Intellution公司的监控软件完成生产过程各参数的采集、集中显示、记录、报警、设备控制、画面操作、监控、历史趋势图和操作记录等。

3 系统主要功能及实现

3.1 系统主要功能

模拟量信号处理、单位变换、数字滤波、线性修正和热电偶的冷端温度补偿。数字量信号处理、记录、存储。 操作控制各种自动调节、参数设定、设备的起停，完成各种主保护（连锁）、辅助保护（报警）等功能。 上位机实现全局性的变量，不占用TAG点，供画面组态调用，全面实现扩展点的报警、报警记录、历史记录等功能。使用双向OPC，对控件的属性操作完全控制，编辑与运行是互相切换的，这有利于现场的安全生产，设有独立的报警监视程序，支持在线修改，具有画面分层功能，运行时可以根据程序很方便的更换对象的连接数据源，使控制更为灵活。

3.2 控制功能的实现

喷煤控制系统通过画面即可实现操作，监视全部制粉、收粉、喷吹等生产过程，将电控和仪控统一考虑设计在一个画面上，与工序浑然一体，由于有了友好的人机界面，使操作极为流畅。 •上煤系统主要用于原煤输送控制和满足配比要求，该系统包括三个原煤给料皮带称，一个平皮带运输机，一个大倾角皮带运输机。控制要求顺起、顺停，保证配料起停时，正确配比。原煤量的设定值在画面上实现，同时设定值下传到下位机进行PID调节后直接驱动变频器，由变频器控制下料。 •制粉系统为了提高整个制粉系统的防爆能力，工艺将热风炉废气引入作为煤粉干燥气体及煤粉输送气体。由于热风炉废气温度变化较大，因此用升温炉产生高温烟气与热风炉废气混合，为磨煤机提供一定的干燥和温度稳定的气体。磨煤机入口温度可通过调节加热炉产生高温烟气与热风炉废气的混合比值来控制，来自热风炉的废气采用电动调节阀和变频电机共同完成比值调节。在制粉系统中磨煤机出口温度和入口温度，受磨煤机负荷及原煤干湿程度影响，磨煤机出口温度较难控制，因此可将磨煤机入口温度控制作为副环，出口温度作为主环构成串级，这样，副环作为“粗调”，主环作为“细调”，减少了滞后，提高了抗干扰能力。由于采用改变入口温度作为控制手段，因此升温炉产生的烟气只占整个干燥气的5%～10%，对风量影响减小，对磨煤机负荷控制也有好处。磨煤机是整个制粉系统的核心部分，要使磨煤机在最经济的工况下运行，就得在保证喷吹要求的前提下自动控制磨煤机负荷，这一环节我们是通过调节密闭给煤机给煤量来实现的，生产时根据工艺的变化情况，通过变频器控制给煤皮带的速度，从而控制给煤量，以保证磨煤机在良好的状态下运行。为提高控制精度和稳定性，密闭给煤机采用三电一体化的控制系统，其控制原理如图3所示。 •喷吹系统喷吹系统包括控制喷吹速率（包括累积喷吹总量和瞬时喷吹率）、对喷吹罐充压、卸压、装煤、倒罐等顺序控制，该系统是喷煤的主要生产流程，连续性生产，系统以最佳喷吹质量和最佳喷煤比满足高炉炼铁工艺需求为目标。

4 系统的特点

(1)喷吹控制过程优化自动控制过程在喷吹前必须满足下列条件：喷吹罐装满煤粉、喷吹罐压力高于保证喷吹设定值、补气压力高于喷吹设定值，这些条件满足后就可喷吹。针对喷吹换罐过程都是在整点进行，因此有些控制流程就采用了科学的定时操作，这样有利于控制的时效性和准确性。自动控制过程分为两个部分,一是装粉过程，二是喷吹过程。自动装粉过程根据喷吹工艺在到达设定系统时钟时，根据喷吹罐当前状态判断哪一个需要装粉，则对相应的喷吹罐进行自动装粉控制，打开大小卸压阀在罐内压力近似大气压力时才可以顺序打开下钟阀，延时打开上钟阀，在设定时间内如果喷吹罐重量没有达到设定值，则画面显示异常报警，完成装粉到达设定值后顺序关闭上钟阀，延时关闭下钟阀，此时完成自动装粉过程。在自动喷吹前要首先对罐体进行充压，这部分控制采用定时方式，在系统时间到达设定值时，关闭大小泄压阀，顺序打开充压阀、充压调节阀（在整个喷吹过程中始终自动调整为设定压力）。然后打开流化阀对煤粉进行流化，条件满足后打开停喷阀，打开下煤阀，完成喷吹过程。为了保证喷吹质量，还要自动调整二次补气流量来控制单位时间内的喷吹煤粉的浓度。喷吹煤粉浓度主要通过二次补气流量控制，这个过程的压力平衡公式如下： PT=⊿PC+⊿PA+PB 整理可得： QA= -K2QC+{( K2QC)2+1∕[K1 (PT –PB)( PT +PB +2) ]}-1∕2 式中 PT——喷吹压力，Pa； ⊿PC——由煤粉产生的压力损失，Pa； ⊿PA——由二次补气产生的压力损失，Pa； PB——分配器压力，Pa； QA——总管的二次补气量，Nm3/h； K1——支管特性常数，根据管道物理特性计算得出； QC——总管喷吹煤粉量，t/h； K2——总管特性常数，根据管道物理特性计算得出；在控制过程中，当QA降低时，可以增大QC，但QC达到某一极限值而PT不变时，就会发生堵粉现象，所以必须要把二次补气量的下限控制在一定范围，通过优化计算，给出喷吹量最终数学模型： QC= QA/ K2-{( K2QC)2+1∕[K1 (PT –PB)( PT +PB +2) ]}-1∕2/K2即当调整喷吹量时其它控制参数随之自动调整，取消人工经验调整喷吹参数。

(2)自动换罐过程控制当前正在进行喷吹的甲罐体在达到设定下限值时，打开另一待喷吹的乙罐底部和中部流化，甲罐从喷吹转入吹扫状态，则乙罐打开停喷阀，延时打开下煤阀，调整二次补气流量。关闭甲罐停喷阀，补气阀，打开小卸压阀，延时打开大卸压阀。

(3) 磨煤机前负压控制由于煤粉的细度与通风量之间是比例关系，可通过改变通风量和调节分离器转速来控制煤粉细度，因此保持磨煤机的风量不变，分离器转速不变则煤粉的细度不变。实际上对磨煤机前负压的控制就是煤粉细度的控制，同时也能防止煤粉外泄。磨煤机前负压控制按单回路设计，以风量作为调节变量。同时，在调节风量时，要注意监视磨煤机出口温度，但在进行上述调节的同时，必须监视给煤量的控制调节，防止断煤，同时分离器转速过高，容易降低通风量，煤粉无法被带走造成磨机震动过大无法正常生产。

5 应用效果

该控制系统已于2009年6月在西钢4#、5#高炉生产线上得到实际应用，实现最大喷煤比130kg/t.Fe，焦比由原来514kg /t.Fe下降到410kg /t.Fe，高炉各项指标明显提高，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。