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摘要：随着科学技术的不断发展进步，人们对钢铁的产能与产品质量要求也一直在不停的提高，这加速了钢铁行业的快速发展。高炉喷吹焦炉煤气的工艺越来越广泛应用于我国冶金企业，而自动化控制系统是实现高炉喷吹焦炉煤气工艺目标不可缺少的控制解决方案。本文介绍了高炉喷煤技术发展趋势、以及高炉喷煤自动化控制系统的组成和功能。
关键词：高炉；喷煤；自动控制
1本文主要内容
（1）分析自动控制的主要特点，以及对喷煤所起的重要作用。
（2）结合生产需求和具体情况，进行合理的PLC硬件选型和软件设计，并对各生产环节的上位机软件设计进行论述。
2自控系统设计方案
2.1自控系统的组成
系统可以分为以下三个部分：
第一是现场部分，主要任务是控制现场设备，并将现场的一些控制信号以及测点信号传送给PLC。
第二是PLC系统部分，这部分的主要任务是接收现场返回的各种信号并进行处理，实现对现场设备的自动或者半自动控制。
第三是上位机监控部分，由计算机、监控软件和工业以太网组成，主要任务是对现场设备在计算机上进行操作，监控PLC接收的实时数据，记录数据归档及报警记录。
2.2系统硬件组成
2.2.1制粉系统硬件配置
本系统主要由一个CPU主站和两个远程站组成，一共包括80个模拟量输入点，16个模拟量输出点，176个数字量输入点，64个数字量输出点。
2.2.2喷吹系统硬件设计
本系统主要由一个主站和一个远程站组成，一共包括24个模拟量输入点，8个模拟量输出点，128个数字量输入点，64个数字量输出点。
2.2.3主要模块功能及参数
（1）电源模块PS3075A：电源模块为PLC的CPU以级I/O模块提供24V直流电源。
（2）CPU模块315-2DP：128KB工作内存，0.1ms/1000条指令，MPI+DP连接（DP主站或DP从站），此CPU带有内存卡插槽，在本系统中配有512KB内存卡。
（3）CP343-1：用于将系统连接至工业以太网并支持PROFINETIO。
（4）IM153-1：用于主站与从站连接的模块。
（5）数字量输入模块DI16×DC24V：采集现场送入PLC的外部信号，每个模块可以输入16个数字量信号。
数字量输入模块DI32×DC24V：采集现场送入PLC的外部信号，每个模块可以输入32个数字量信号。
（6）数字量出模块DO32×DC24V/0.5A：每个模块可以输出32个数字量信号，本系统模块输出采用继电器隔离。
（7）模拟量输入模块AI8×12Bit：8通道模拟量输入模块，模块配有4个量程卡，分四个通道组，每个量程卡都分别有A、B、C、D四个位置标记。不同的位置适用于不同的测量类型和范围。
（8）模拟量输入模块AI8×RTD：8点热电阻输入模块，接收热电阻温度信号。
（9）模拟量输出模块A08×12Bit：8点模拟量输出模块，本系统主要用于4-20mA信号输出。
3高炉喷吹系统自动控制的实际应用
3.1煤粉热喷吹
常规煤粉喷吹法所产生的喷吹量较低，煤粉的燃尽率也不高，而煤粉预热喷吹法则在降低焦比、提升企业效益方面具有更大的优势。煤粉经过预热后可提前热解，之后再进行喷吹有利于其燃烧气化，同时还可促进热风温度的提升以及煤粉在回旋区停留时间的延长。煤粉预热喷吹模式下，煤粉的燃烧区域可得到迁移，其燃尽率自然可得到提高。实践经验表明，预热温度每提高50℃，煤粉的燃尽率平均就会提高2%[5]。
3.2自动倒罐作业
目前不少高炉喷吹系统都采用了并列乃至三列的罐喷煤装置，以并列罐喷煤的自动倒罐作业为例，两个喷吹罐并列置于一个煤粉仓下，一个罐喷吹时，另一个罐卸压装煤后冲压进入备用状态，当喷吹罐喷完并完成卸压、装煤、充压与均压等一系列操作后，备用罐开始进行喷吹。自动倒罐作业可实现煤粉的连续喷吹，降低了手动操作中较易出现的空煤和重煤问题的发生几率，操作人员劳动强度过大、误操作等问题也可避免。为防止因煤粉层被击穿而造成向高炉空吹，一般应在喷吹罐内保留总煤粉的10%左右的煤粉量。不管系统处于何种状态，一旦压力过低或过高，系统将自动关闭所有下煤阀和补压阀，同时还将弹出窗口进行声光报警。如果相关阀门出现了故障，操作人员可视实际情况对系统进行人工干预，可直接跳过此步后继续作业，也可按下喷吹停止按钮，停止自动倒罐作业，转入手动倒罐作业。
3.3自动调节回路
高炉喷吹系统分为内、外两环，内环为喷吹罐罐内压力自动调节回路，外环则为喷吹速度自动调节回路。由于自动调节回路系统会受到煤粉品种、湿度、温度等因素的影响，因此系统无法一直保持理想的且均匀的喷吹状态。针对这一问题，技术人员需频繁调节回路，且应选择合适的时间间隔来输出调节信号，以防频繁的手动操作对调节效果的影响。延期发生炉高炉煤气、空气流量均采用单回路闭环调节，自动调节程序则采用周期运行的服务方式。
4系统PLC软件设计
4.1STEP7编程软件简介
STEP7采用SIMATIC软件的集成统一架构，符合IEC-61131-3的多种高级编程语言的补充，使PLC在实现复杂工艺编程、多重回路调节、甚至模糊控制和神经元控制等智能控制算法时具有类似高级编程语言的特点和优势S7系列PLC程序循环方式是循环执行组织块OB1中的程序及与中断结合的运行方式。PLC操作系统循环调用OB1，OB1中的用户程序便被循环执行对结构化编程来说，在OB1中将调用各种功能块与数据块。而输入输出信号的控制方式是成批传送，集中处理。
4.2PLC软件设计
（1）一般模拟量信号处理：
模拟量输入模块将过程信号转换为数字量信号，处理时要和实际的物理量对应。此处假设输入信号的量程为Xmax和Xmin，A为模拟量模块读入并转换后的数值，Y为实际物理量，这里4-20mA信号对应的数字量为0-27648，则信号处理公式为：
Y=（Xmax―Xmin）×A/27648+Xmin（3-1）
对于压力、阀门开度等4-20mA信号可以直接代入此公式进行计算。（2）热电阻温度信号处理：
对于热电阻温度信号，只要将输入代码除以10，就可以得到实际的温度值。
（3）流量信号处理：
测量流量仪表采用差压式流量计，其计算公式为：
（3-2）
式中，qf为工况下的体积流量，单位m3/s；
c为流出系数，无量钢；
β=d/D，无量钢；
d为工况下孔板内径，单位mm；
D为工况下上游管道内径，单位mm；
ε为可膨胀系数，无量钢；
Δp为孔板前后的差压值，单位Pa；
ρ1为工况下流体的密度，单位kg/m3。
（4）对现场设备的启动停止、开阀关阀进行控制：
现场设备基本上都有三种控制方式：PLC自动、PLC手动和现场手动。当设备转换为现场手动时，PLC不能控制现场设备，设备通过现场操作箱的电气按钮来控制。当设备转换到PLC控制时，操作人员可以选择PLC自动或者手动操作，PLC手动操作时，PLC程序会屏蔽掉一些连锁条件，操作人员可以在集中操作箱或者计算机画面上手动控制现场设备。PLC自动控制时，由PLC根据程序的连锁条件来控制现场设备，不需要操作人员操作。
（5）对喷吹罐等各个状态参数的处理：
这部分主要是对现场实际参数和设定参数的比较，来判断一些如温度高低、料满料空等信号是否正常，不正常的就会输出报警信号来提醒操作人员做出相应的处理措施。
结语
通过自动控制系统对高炉喷煤操作进行控制，不仅提高了高炉的工作效率，提升了人工劳效，降低了人员操作失误，而且优化了高炉喷煤工艺，并使其操作趋于简单化。因此，高炉喷煤采用自动控制系统增强了钢铁企业的竞争力，能够为社会和企业带来巨大的效益。
参考文献
[1]马成伟，王正新，李宏伟，等.首钢京唐1号高炉提高煤比冶炼实践[J].炼铁，2016，35（01）：29-32.
[2]韦武强，杨双平，张朝晖.提高高炉喷煤量的实践[J].铸造技术，2011，32（08）：1152-1154.
[3]高雪生，石金奎，焦刚.长钢8号高炉双枪喷煤实践[J].炼铁技术通讯，2006（08）：11-12+10.