高炉自动测控系统设计大学论文.doc

II内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：高炉自动测控系统设计学生姓名：学 号：专 业：班 级：指导教师：IIxxx科技大学毕业设计说明书（毕业论文）高炉自动测控系统设计摘 要 高炉生产是一种规模大、要素多、要求严格的冶炼过程。首先配料必须准确，出一点差错将会对高炉产生很大的影响，导致高炉休风、甚至还有可能停产。高炉是炼铁生产的核心设备，其良好的运行能为后续的生产过程提供充足而优质的原料保证，这就对控制系统的可靠性提出了较高的要求。在高炉生产过程中，炉体温度、冷却水的温度和流量、煤气压力等都是高炉的基本参数，其中煤气压力最为重要，其稳定性直接影响高炉的正常生产。因此本文重点对高炉煤气压力控制系统进行分析研究。 在高炉的生产中，高炉生产效率提高、高炉煤气的充分利用、TRT电量的提高等都是高炉的关键因素。本论文采用干湿两种除尘法，针对高炉煤气回收系统及干湿两用TRT 的特点，设计了环缝炉顶压力控制系统、干式TRT与旁通控制阀配合控制的炉顶压力控制系统以及两系统间的无扰动相互切换等技术。它实现了高炉炉顶压力的稳定控制，优化了控制品质，提高了操作水平，对促进高炉生产、提高利用系数和增加TRT发电量都起到了积极作用，在炉顶压力控制中，将压力控制在145kPa左右，数据波动不大于5kPa，炉喉温度在850左右，热风炉温度控制在1300左右。关键词：高炉；TRT；炉顶压力控制；炉喉温度；热风炉温度Design of automatic control system for blast furnaceAbstract T he production of blast furnace is a kind of large scale, multiple factors, the smelting process of strict requirements. First of all the ingredients must be accurate, a little mistake will have a great influence on the BF, resulting in blast-furnace damping-down, may even stop production. The blast furnace is the core equipment of the iron-smelting production, and its good operation can provide sufficient and high quality raw material guarantee for the follow-up production process, the reliability of the control system put forward higher requirements. In the procedure of production of blast furnace, furnace temperature, cooling water temperature and flow rate, gas pressure are the basic parameters of blast furnace, the gas pressure is the most important, the normal production and directly affect the stability of blast furnace. This paper focuses on the analysis of blast furnace gas pressure control system. In blast furnace production, improve production efficiency of blast furnace, blast furnace gas, the full use of TRT improved capacity are key factors of blast furnace. In this paper, the dry and wet two dedusting method, according to the characteristics of the dual-purpose TRT blast furnace gas recovery system and the design of wet and dry, the annular furnace top pressure control system, dry TRT and bypass control valve with top pressure control undisturbed switching technology system and the two system. It realizes the stable control of blast furnace top pressure, optimizing the control quality, improve the operation level, to promote the production of blast furnace, improve the utilization coefficient and the increase of TRT power generation has played a positive role, in the control of top pressure, the pressure control in about 145kPa, data fluctuation is less than 5kPa, the temperature in the furnace throat 850 , hot-blast furnace temperature at 1300 .Keywords: TRT; blast furnace; furnace top pressure control; furnace temperature; hot blast stove temperatureV内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII前 言1第一章 绪论21.1 课题背景及研究意义21.2 高炉炼铁技术现状与发展趋势21.3 高炉炼铁控制技术现状与发展趋势41.4 主要研究内容及章节安排41.4.1 主要研究内容41.4.2 章节安排4第二章 高炉炼铁生产工艺流程62.1 高炉结构组成62.2 高炉工艺原理72.3 本章小结9第三章 高炉自动测控系统设计103.1 测控要求及测控参数103.1.1 测控要求103.1.2 测控参数103.2 自动检测系统设计103.2.1 温度检测系统设计103.2.2 压力检测系统设计113.2.3 流量检测系统设计113.3 自动控制系统设计123.3.1 炉顶压力自动控制系统设计123.3.2 高炉自动控制系统原理图设计153.4 本章小结19第四章 高炉自动测控系统实施方案214.1 实施方案概述214.2 硬件系统224.2.1 硬件系统总体结构及原理224.2.2 仪表选型234.2.3 PLC系统硬件配置244.3 软件系统264.4 本章小结28第五章 上位机监控系统设计305.1 组态王简介305.2 监控系统设计325.3 本章小结38总 结39参考文献40附 录43致 谢46xxxx大学毕业设计说明书（毕业论文）前 言 高炉自动化技术的发展是随着工艺技术和设备的发展而进步的。高炉炼铁技术历史悠久，随着近年来Corex、Finex等融熔还原炼铁技术的发展，炼铁技术逐步多样化。但现代化高炉投入更少，产能更大，特别是高炉炼铁的能耗持续降低环境条件大幅改善。焕发出了新的活力，体现出越来越强的生命力。 在传统高炉炼铁工艺中通过许多模拟仪表来监控炼铁生产过程。它包括高炉本体及热风炉众多温度、压力、流量数据的监测，综合鼓风的风量、风压、风温、富氧量等参数的检测控制，以及上料和炉内布料过程模拟显示盘等。到20世纪80年代，实现了以微机为核心的PLC或DCS控制系统取代高炉传统电器和仪表作为基础自动化控制的目标，实现了高炉和热风炉本体参数、槽下配料称量、上料及炉顶布料、煤粉喷吹等工艺参数的集中监控。而多台PC机集中显示各种监控画面、趋势画面、报警画面的应用，使计算机能更直观地、更准确地反映高炉过程的动态变化特征。 基础自动化主要完成生产过程的数据采集和初步处理，数据显示和记录，数据设定和生产操作，执行对生产过程的仪表调节电气传动控制。近年发展起来的现场总线控制技术、以太网技术也逐步在高炉基础自动化系统中应用，分布控制系统替代集中控制已成为现代高炉控制的主流。在PLC或DCS控制算法的应用上，已普遍采用PID算法，智能控制、先进控制技术等，并在高炉炉顶压力控制、炉顶布料自学习控制、热风炉燃烧控制、喷煤控制等方面有了较好的应用，取得了一定成果。在检测方面，与回路控制、安全生产、能源计量、以及与高炉模型和专家系统相配套的流量、压力、温度、液位、重量等信号的各类检测仪表的配备上比较齐全。色谱仪、质谱仪、微波液位计等高技术智能仪表大量采用：双文丘里流量计、无基坑不断轨道衡等具有自有知识产权的仪表设备的应用。第一章 绪论1.1 课题背景及研究意义 钢铁产业是国民经济的重要支柱产业，涉及面广、产业关联度高、消费拉动大，在经济建设、社会发展、财政税收、国防建设以及稳定就业等方面发挥着重要作用。 在国民经济快速发展的动下，中国钢铁工业进入快速发展阶段，这也带动了高炉炼铁的快速发展。伴随着中国生铁产量的高速增长，中国高炉炼铁技术水平也取得了一定进展。由于生铁产量的高速增长造成了全国铁矿石，焦炭供应紧张，价位攀升，质量下降，成分不稳定，导致了部分高炉技术经济指标下滑。表现在入炉品位虽提高，但入炉焦比升高喷煤比下降等现象。 以宝钢、武钢、鞍钢、首钢、邯钢、梅山、莱钢、三明和新兴铸管等企业的高炉部分指标达到了国际先进水平，大大地缩短了中国高炉炼铁技术与工业发达国家之间的差距。中国炼铁产业集中度低，高炉座数多，多是小型高炉，大型高炉较少。各高炉生产技术水平在高效、低耗、优质、长寿、高效益等方面取得了不同程度的新进展。同时，高炉炼铁技术取得了显著进展，炼铁生产技术经济指标大幅度改善。高炉工艺技术和装备水平显著提高，在高炉现代化，大型化、喷煤、长寿和环保节能技术和装备得到了长足的发展。1.2 高炉炼铁技术现状与发展趋势 展望新世纪的炼铁技术，离不开资源、能源和经济等形势变化这些主要课题。21 世纪也是高炉炼铁“变革的世纪”，期望在新时期钢铁产业能够进入资源、能源和环境的和谐，这是确立炼铁业持续发展的重要关键，也必须从这个理念和观点展开高炉炼铁技术的研究和开发。我国许多高炉已经感到当前形势的变化，并采取了相应的措施。对高炉炼铁技术发展的方向有了新的认识，为振兴炼铁工业打下了基础。在此很有必要综观世界高炉炼铁技术发展现状及今后的方向。 炉顶布料技术 我国高炉在大型化、高效化、低排放过程中，对高炉设计、生产中出现的一系列新问题已经得到各方面的重视，并正在进行研究，更需要多方协作。 好的装料制度，是为了创造长期稳定顺行的炉况。以大角度、大角差、大力度稳定边沿气流，以合理的中心加焦量来强化和稳定中心气流，不断优化布料矩阵促使煤气利用率的提高。实践证明，矩阵 大角度外推有利于形成稳定的边缘矿焦平台及中心漏斗式料面分布，有利于形成稳定的边缘、中心两道煤气流，降低煤气阻损，改善料柱透气性。 炉身维护技术 济钢非常重视高炉操作炉型的维护，认为合理操作炉型是高炉得到强化冶炼和获得稳定良好指标的基础。在降料面至风口更换好风口段冷却壁后，实施炉内喷涂造衬，在短时间内修复高炉炉型，以满足高炉操作的需要。喷补后高炉内型表面均匀、平整，目测效果很好。高炉喷补后，开炉非常顺利，快速达产达效。 结合高炉实际情况，研究开发了高炉炉衬温度与热负荷监测模型，描绘冷却壁温度分布及炉体热负荷分布，实现对高炉炉体的工作状况在线监测，从而推测高炉炉型和煤气流分布情况，为高炉操作者调整炉况寻求合理操作炉型提供借鉴。 高风温、富氧喷煤技术 通过采取强化标准化操作、禁止开冷风大闸等措施，高炉所用风温基本稳定在1 200 以上。高风温不但为高炉带入了宝贵的物理热，而且可以快速加热煤粉，促进煤粉提前着火，利于煤粉化学能的充分利用。 提高富氧率不仅可以减少单位生铁的煤气量，减缓大量喷煤及高强度冶炼时的透气性变坏，改善间接还原，而且可以提高风口前的理论燃烧温度，改善煤粉的燃烧条件。随着制氧能力的提高，高炉富氧率得到了大幅度提高。1.3 高炉炼铁控制技术现状与发展趋势 在民国时期，钢铁业在中国已经有了一定的发展，但那时的控制主要靠人工，机械化不高，产量也很低；新中国成立后，当时在苏联的帮助下，钢铁行业有了进一步的发展，自动化有了提高，实现了版自动化，产量明显提高；在70年代中期，中国大力发展钢铁，这一时期中国钢铁产量增长迅速，实现也很大的突破；现在高炉炼铁控制技术已经完全实现了自动化，形成了一套完整的自动化控制系统。1.4 主要研究内容及章节安排1.4.1 主要研究内容 本文主要研究高炉控制技术，其中主要研究了压力检测和控制系统、温度检测系统、流量检测系统。炉顶压力对于高炉炼铁来说是很重要的，压力的稳定度控制机直接决定着产量，因此在此着重介绍炉顶压力控制。文章以高炉控制为基点，画出了相应的组态王控制界面图，CAD原理图，以及相应的程序。文章对主要的参数、控制仪表进行分析，实现了真正的模拟高炉生产的画面。1.4.2 章节安排论文主要分为五章，具体如下：第一章为绪论，主要介绍高炉炼铁技术的发展，高炉控制技术的发展，详细说明了现代钢铁行业的一些控制方式。第二章为高炉炼铁生产工艺流程，介绍了高炉炼铁生产工艺流程，主要对生产工艺流程的细节分析，并且将国内知名企业的相关技术进行对比。第三章为高炉自动测控系统设计，介绍了高炉自动测控系统设计，其中测控要求及测控参数的相关知识介绍，以及自动检测系统设计、自动控制系统设计，自动检测系统包括温度检测系统、压力检测系统、流量检测系统。第四章为高炉自动测控系统实施方案，主要是高炉自动测控系统实施方案，其中包括硬件系统和软件系统。第五章为上位机监控系统设计，主要研究上位机监控系统，用组态王进行监控画面的设计。最后进行论文总结，并且附上相关程序和参考文献。第二章 高炉炼铁生产工艺流程2.1 高炉结构组成 高炉在炼铁占据主导地位，主要包括高炉炉壳、炉身、炉腰、炉腹、炉缸、炉缸、炉底、炉基、炉衬以及炉喉护板。主要部分原理如下说明。 高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷。炉壳除承受巨大的重力外，还要承受热应力和内部的煤气压力，有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击，因此要有足够的强度。炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适应。 炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。 炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。 炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小范围内变动。 为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中经常出现的复杂现象，就要切实了解炉内状况。在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水冷却或充氮冷却后，对从炉喉的炉料开始一直到炉底的积铁所进行的细致的解体调查，称为高炉解体调查。它虽不能完全了解高炉生产的动态情况，但对了解高炉过程、强化高炉冶炼很有参考价值。 高炉还有一些相应的装置，主要有高炉冷却装置、高炉除尘器、高炉鼓风机及高炉冷却装置。 高炉炉衬内部温度高达1400，一般耐火砖都要软化和变形。高炉冷却装置是为延长砖衬寿命而设置的，用以使炉衬内的热量传递出动，并在高炉下部使炉渣在炉衬上冷凝成一层保护性渣皮，按结构不同，高炉冷却设备大致可分为：外部喷水冷却、风口渣口冷却、冷却壁和冷却水箱以及风冷(水冷)炉底等装置。高炉除尘器用来收集高炉煤气中所含灰尘的设备。高炉用除尘器有重力除尘器、离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔、文氏管、洗气机、电除尘器、布袋除尘器等。粗粒灰尘（6090um），可用重力除尘器、离心除尘器及旋风除尘器等除尘；细粒灰尘则需用洗气机、电除尘器等除尘设备。2.2 高炉工艺原理 高炉的生产工艺是比较复杂的过程，高炉炼铁原则工艺流程图如2.1所示。图2.1 高炉炼铁原则工艺流程图 炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例装入高炉，并由热风炉向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧，原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降。在炉料下降和煤气上升过程中，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉渣水淬后全部作为水泥生产原料。 炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。  高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95以上。 高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。2.3 本章小结 本章主要介绍了高炉结构组成和高炉工艺原理，高炉对于炼铁来说是至关重要的，高炉相关技术的自动化程度直接决定着钢铁的产量，因此，先进的技术，对钢铁企业的发展，钢铁的质量，有着很大的影响。第三章 高炉自动测控系统设计3.1 测控要求及测控参数3.1.1 测控要求 主要完成高炉自动控制系统的温度、压力、流量的检测。对温度来说，主要检测炉顶温度、炉喉温度、炉身温度、炉基温度、炉底温度、热风温度；流量主要冷风流量和冷却水流量，本文主要进行炉顶煤气压力的检测和控制，压力控制是主要设计点，压力控制油两种方式，利用减压阀组控制高炉顶压和利用TRT装置控制顶压。主要分析了这两种控压的原理分析。3.1.2 测控参数 主要研究的测控系统有压力测控系统、温度测控系统、流量测控系统；压力测控系统主要参数是炉顶煤气压力、过滤器前冷却水压力；温度测控系统主要参数是炉顶温度、炉喉温度、炉身温度、炉基温度、炉底温度、热风温度；流量测控系统主要参数是冷风流量、冷却水流量。以上参数以炉顶煤气压力为主，这也是主要控制对象，因为炉顶压力的控制精度直接影响高炉的顺行、产量。3.2 自动检测系统设计3.2.1 温度检测系统设计 主要检测参数包括炉顶温度、炉喉温度、炉身温度、炉基温度、炉底温度、热风温度、冷却水温度。温度测量原理图如图3.1所示。图3.1 温度测量原理图 高炉的炉喉，炉身、炉底、炉基、热风护的温度变化范围为0-1000，在高炉炉喉、炉身、炉底、炉基、热风护邓地方分别安装有测量仪表，测量点为5个，最终数据有着5个测量点综合而来，并且选用热电偶作为检测元件。冷却水的温度范围为0-500，用热电阻作为检测元件。 3.2.2 压力检测系统设计 压力检测系统主要检测炉顶煤气压力、过滤器前冷却水压力、过滤器后冷却水压力、热风管道压力。压力测量原理图如图3.2所示。图3.2 压力测量原理图 经过压力变送器的变送将压力信号转换为电信号经过模数转换后送计算机进行显示。 压力检测主要是炉顶压力，煤气压力的测量实在炉顶安装相应的仪器，在测量时选择多点测量，并且选择更高的数据为最终结果。在检测出仪表压力后，系统会对数据进行分析，并且判断炉顶压力是否有所波动，从而系统选择相应的控制方式。3.2.3 流量检测系统设计流量检测系统由节流装置、引压导管、差压变送器及显示仪表组成，我们测量的主要参数是冷风流量、冷却水流量。流量检测原理图如图3.3所示。 图3.3 流量检测原理图 流量检测室在水通道安装相应的仪器，测量器流量，再将数据传送到计算机，系统进行分析，根据实际情况来控制冷却水流量大小，当然，本文主要是炉顶压力的设计，在流量和温度的测量方面讲述得比较简单。3.3 自动控制系统设计3.3.1 炉顶压力自动控制系统设计炉顶压力控制一般有两种方法，利用减压阀组控制高炉顶压和利用TRT装置控制顶压，这两种方法在高炉处于不同情况时相互转化，在各自不同的状态控制高炉煤气压力，将煤气压力控制在一定的范围之内。稳定性达到一定程度，产量也随之提高，能源得到充分利用。TRT实物图如图3.4所示。图3.4 TRT装置实物图 TRT系统全名为高炉煤气余压能量回收透平发电装置(Blast Furnace Top Gas Pressure Recovery Turbine Unit)。它的作用是回收高炉出口煤气中所蕴含的压力能和热能。上图即为工厂生产中实际TRT系统，它对工厂生产是至关重要的。 TRT主要由调速阀、透平机静叶、发电机组等设备组成。 调速阀：用于调节透平机的冲转转速，使之达到发电机发电所需的额定转速，保证发出的电为50Hz。 改进前炉顶煤气压力自动控制工艺流程图如图3.5所示。图3.5 改进前炉顶煤气压力自动控制工艺流程图 改进后炉顶煤气压力自动控制工艺流程图如图3.6所示。图3.6改进后炉顶煤气压力自动控制工艺流程图 经湿式AGS或干式布袋除尘后的净煤气送至TRT入口管后，从入口蝶阀( IV )、入口插板阀( TIV)、紧急切断阀(TSV)、调速( TCV)阀和可调静叶( SB)进入透平机膨胀作功，然后透平机带动发电机发电。膨胀后的煤气经TRT出口插板阀( TOV)、出口蝶阀( OV) 送到净煤气主管上。 在透平入口与出口间并联2台旁通控制阀( BCV1、BCV2)及主旁通阀( BV)，在TRT 启动、停机、干湿相互切换以及特殊工况时参与控制，以确保高炉炉顶压力不会产生大的波动。 TRT调节控制顶压目的主要有两个：一是正常生产时，在保证高炉顶压稳定的前提下，充分利用炉顶煤气资源，驱动发电机发电；另一个是当TRT发生故障停机时，在保证高炉顶压稳定的前提下，能及时安全地从煤气管网中退出。因此TRT高炉炉顶压力控制系统从控制系统的结构上来看，可分为TRT停运时的炉顶压力控制(湿式)，TRT停运时的炉顶压力控制(干式)，TRT启动、运行时的炉顶压力控制三种控制系统。 TRT停运时的炉顶压力控制(湿式) 当湿式AGS 除尘运行且TRT停机时，煤气流经AGS 和主旁通阀(BV)，主旁通阀全开，AGS的三个环缝装置同步动作调节炉顶压力。此时准备启动TRT，则手动慢慢关闭主旁通阀(BV) 提高TRT前压，为TRT启动建立前后差压。当主旁通阀全关闭后，TRT前压全部由TRT系统旁通控制阀( BCV1，BCV2)控制，顶压与TRT前压之差即为AGS除尘所需要的差压。 TRT停运时的炉顶压力控制(干式) 当干式除尘运行且TRT停机时，煤气流经布袋除尘器和旁通控制阀(BCV1，BCV2)，BV全关闭，旁通控制阀(BCV1，BCV2)调节炉顶压力。 TRT启动、运行时的炉顶压力控制 当满足所有启动条件(共30多项，湿式与干式运行条件略有不同)，TRT开始启动，随后进入速度控制。TRT速度逐渐提高，BCV1，BCV2逐渐关小。TRT完成同步操作并网后进入功率控制，接着进行升功率操作，BCV1，BCV2进一步关小。当BCV1，BCV2全关时，压力控制(湿式为TRT前压控制，干式为高炉炉顶压力控制)由BCV1，BCV2自动转换到SB，TRT进入压力控制，启动完毕，机组运行于炉顶余压全部回收方式。 无论切换与否，高炉顶压高选后的压力信号，顶压设定值信号都实时传送到TRT，以便TRT对高炉顶压进行监视。3.3.2 高炉自动控制系统原理图设计CAD是一款应用很广的工程制图软件，其图形条理清晰，可观易懂，图形中一般标注有相关设计数据，长度、高度等。在现在的生产生活中，CAD制图已经融到了大部分行业。在本文中，也使用此软件绘制CAD图，这更能体现出高炉控制的很多细节。在前面的章节中，我们讲到了高炉控制系统的参数问题，在CAD图中，这里更详细的体现除了参数的测量与控制，对于冷却水来说，我们需要掌握水的温度、流量等参数。这在下图中有很好的解释。冷却水参数测量图如图3.6所示。图3.7 冷却水参数测量图 在本文说讲述的关于水的参数外，还有高炉的温度，比如炉喉温度、炉底温度等；在测量炉喉温度时设置了4个测量点，最终的温度数据有四个测量点共同决定，这就使所测数据更加温定准确。在测量炉底和炉基温度只设置了一个测量点，这是因为这两者的温度对整个高炉来说不是很重要，而且这里的温度变化缓慢，波动也很小。高炉炉体温度测量图如图3.7所示。图3.8 高炉炉体温度测量图本文虽说是讲述高炉的控制系统，但主要是研究炉顶压力的控制，炉顶压力对于高炉来说是至关重要的，压力的稳定性直接影响高炉的生产。在高炉炉顶压力的控制中，采用了两种方式，减压阀组和TRT结合，并且减压阀组和TRT湿并联的，两者可以相互转换。这样的控制系统能准确的将炉顶压力控制在一定范围之内。对高炉的生产提供了很好的保障。炉顶压力控制部分原理图如图3.8所示。图3.9 炉顶压力控制部分原理 TRT与BCV的配合控制 TRT控制主要分为三部分：转速控制、功率控制和压力控制。TCV仅在TRT启动、升速、并网及功率调节的前阶段发挥作用，在功率调节的后阶段以及压力调节均由SB来自动调节。TRT运行时TCV作为SB关动作的后备补偿，BCV1，BCV2作为SB开动作的后备补偿。 TCV和SB分配控制 根据TCV和SB的CV值曲线以及TRT设计运行点，通过计算得到低选输出分配点 A%及其对应的TCV开度B%，如图所示(横坐标“a”为低选输出，即图中“a”)。在功率调节的后阶段，转压力调节时使得气流通过调速阀，不会产生因压力损失而减少TRT 回收能量的情况，从而达到最大的电功率。 BCV的控制 如果TRT发生紧急停机或甩负荷，无论系统运行在干式还是湿式，BCV1，BCV2会迅速打开从而接替TRT控制压力(湿式为TRT前压控制，干式为高炉炉顶压力控制)以保证平稳过渡(如图5所示)。这里采用TCV和SB的组合流通能力与BCV1，BCV2组合流通能力相平衡的方案，通过运算处理，BCV2 迅速打开到某个开度并保持不变，即图中的C%点。这等同于TRT紧急停机或甩负荷前TCV和SB的组合CV值乘以一个百分数，换算到BCV2对应的开度。百分数的选取既要克服因BCV2开度过大使系统产生振荡，又要克服因BCV2开度过小使系统超过BCV1的调节能力，而影响调节效果。 当BCV1，BCV2调节压力时采用BCV1主调，BCV2作为量程阀，进行分配控制以保证压力控制效果。 BV参与压力控制 当高炉出现异常，或者突然出现煤气流量超过SB或BCV1，BCV2调节能力时，为了稳定高炉炉顶压力，BV参与压力调节。压力(高炉炉顶压力或TRT前压)偏差=压力测量值压力设定值，TRT正常运行时，BV全关并处于自动模式。压力偏差“高高”，则BV自动打开; BV开后，压力下降，偏差减小到“高”以下，BV停止动作，开度保持不变；偏差降低到“低低”以下，BV开始关小使压力回升；若压力回归正常，而此时BV还未全关，则手动慢慢关闭后再投入自动。其中，“高高”、“高”、“低低”等值根据 SB、BCV的流量特性曲线及现场调试得出。BV参与压力调节，既稳定了炉顶压力，保护了 TRT机组的安全运行，又减少了不必要的停机，并保证了发电量。 TRT机组运行保护 在TRT机组出现异常情况时，紧急停机连锁动作，发信号使发电机与电网解列以保证发电机安全; 同时，紧急切断阀( TSV)在0.61s关闭，切断通向透平的煤气并闭锁调速阀和可调静叶。不论TRT是处于升速或并网发电，还是甩负荷阶段，各阀门控制器均处于自动状态，紧急停机由各控制器的安全连锁功能完成，能够可靠地使每个阀门按要求打开或关闭。停机后系统自动保存TRT 的各部状态，将导致紧急停机的原因保持以便事后查证，并使各阀门闭锁在安全位置。 CAD图里面用到很多符号，每个符号代表着不同的意义，这也是读懂一个CAD图的关键。本文CAD图中的基本符号如图3.9所示。图3.10 CAD图基本符号图3.4 本章小结 本章作为核心章节，介绍了测控的要求及相关测控参数，主要是自动检测系统的设计，其中包括温度检测系统、压力检测系统、流量检测系统，对高炉的相关温度，高炉压力以及流量进行检测。本章着重讲了炉顶压力自动控制系统的设计，对其中的原理进行了详细的分析，炉顶压力对高炉来说很重要，压力的稳定性直接决定高炉的顺行、产量。第四章 高炉自动测控系统实施方案4.1 实施方案概述 高炉的控制系统是很复杂的，几乎每一个参数的测量控制都需要相应的控制系统，控制方式也有一定的区别，要求的控制精度也有差异，本章节主要对炉顶煤气压力自动控制系统进行基本设计。由于本设计控制系统为高炉本体的煤气压力自动控制系统，工艺过程中煤气阀不停地动作，同时必须精确的开闭，而且当炉顶煤气压力超出一定的范围时，需要同时打开多个阀门。所以用简单的单回路控制系统是很难实现的，根据实际需要选用分程控制系统。分程控制系统方框图如图4.1所示。 图4.1 分程控制系统方框图 根据本设计以及高炉生产工艺的要求，被控变量选炉顶煤气压力，并且选取炉顶煤气流量为操纵变量；炉顶煤气压力过高，容易发生事故，当高于160KPa时，需要把阀门打开，故选用闭阀。因为自动阀和量程阀是同向动作，所以两者都为气闭阀。 被控变量为炉顶煤气压力，要求测量滞后小、负荷变化不太大、工艺上不允许有余差的。因此选用比例积分控制 ，这种控制方式能够消除余差；根据工艺要求，当输入信号炉顶煤气压力增加时，控制器输出信号减小，所以选择反作用的控制器。系统的硬件配置图如图4.2所示。图4.2 控制系统的硬件配置图4.2 硬件系统4.2.1 硬件系统总体结构及原理从硬件图上可以看出，该系统有34个AI口,3个AO口,9个DI借口,11个DO口,总数为57点 ，这是系统的基本硬件要求，在实际装置以及编辑PLC程序时需要硬件分布来确定。 干式TRT与湿式TRT的无扰动相互切换 干式TRT与湿式TRT的无扰动相互切换干式TRT运行时，DBV全开、WBV全关，TRT控制高炉炉顶压力。将WBV打开，AGS中的三个环缝装置开始定差压控制，保证过渡过程中AGS除尘所需要的差压; 再关闭DBV，当“干式/湿式切换信号”为“1”，AGS 中环缝装置控制高炉炉顶压力，TRT控制其前压，TRT即运行于湿式，实现了无扰动切换 湿式TRT运行时，WBV全开、DBV全关，AGS中环缝装置控制高炉炉顶压力，TRT控制其前压。当“干式/湿式切换信号”为“0”，TRT控制高炉炉顶压力，环缝装置在过渡过程中定差压控制。将DBV打开，再关闭WBV，TRT即运行于干式，也实现了无扰动切换。4.2.2 仪表选型对于高炉控制系统来说，主要分为三个部分，温度、压力、流量检测机器控制系统，对于温度检测系统，主要是针对高炉本体及热风管道部分进行的温度检测并实时进行数据显示。其主要的检测点包括炉顶温度、炉喉温度、炉身温度、炉基温度、炉底温度和热风温度。测控对象(高炉的炉喉、炉身、炉底、炉基、热风炉)的温度变化范围为01000，选用S型铠装热电偶(铂铑10-铂热电偶)作为检测元件，其测温范围一般在01300，S型热电偶的特点是热电性能稳定，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。在所有的热电偶中它的准确度等级最高。并且所用的元器件少，性能优良，精度高，具有先进水平。测控对象（冷却水）的温度范围为0-500，选用分度号为Pt100（铂热电阻）作为检测元件，其测温范围一般为-200650。压力检测系统主要检测参数，炉顶煤气压力、过滤器前冷却水压力、过滤器后冷却水压力流量检测系统，主要检测参数冷风流量、冷却水流量，根据本设计要求，选取孔板检测流量。孔板节流件是标准节流件，可不需标定直接依照国家标准生产。孔板的标准的取压方式有角接取压法、法兰取压法和D-2/D取压法。本设计选用角接取压法。4.2.3 PLC系统硬件配置 PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存