韓國新，盛麗娜，張 軍

（山東鋼鐵萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部，山東萊蕪 271104）

0 引言

1880m3高爐循環(huán)水系統(tǒng)包括軟水系統(tǒng)、凈水系統(tǒng)、濁水系統(tǒng)，主要用于供高爐區(qū)冷卻用水，其中軟水用于供高爐冷卻壁冷卻水、高爐爐底及風口大套冷卻水、高爐風口中套冷卻水、熱風爐熱風閥冷卻水、熱風爐休風閥冷卻水、熱風爐混風閥冷卻水。凈水用于供高爐風口小套冷卻水、高爐設備冷卻水、熱風爐工業(yè)設備冷卻水、空壓機冷卻水、礦槽粉塵加濕機用水、礦槽除塵風機用冷卻水、槽下液壓站冷卻水、雙軸加濕機用水、眼睛閥冷卻水、TRT冷卻用水、噴煤系統(tǒng)冷卻水、出鐵場除塵系統(tǒng)冷卻水、出鐵場爐前液壓站冷卻水。濁水用于1880m3高爐爐喉鋼磚、14-15鑄鋼冷卻壁冷卻水。所有水為循環(huán)使用。循環(huán)水系統(tǒng)全部采用了全新的PLC控制技術，來實現(xiàn)對高爐冷卻壁、風口大中套以及高爐設備等的冷卻，很好的對高爐冷卻水的流量、壓力、溫度進行了控制。軟水系統(tǒng)由四個循環(huán)水泵，兩用兩備，兩臺補水泵，兩臺緊急補水泵，以九個蒸發(fā)空冷器組成。由高爐回來的熱水經蒸發(fā)空冷器冷卻后，由循環(huán)水泵重新打到高爐上。兩臺補水泵由變頻控制，當管道壓力降低較小時，自動啟動補水泵進行補水。壓力降低較大時，將自動啟動緊急補水泵。

本控制系統(tǒng)采用儀電合一方式，由ABB變頻器完成高爐補水全部控制，同時，設立監(jiān)控站，通過以太網對整個系統(tǒng)進行監(jiān)視和管理。

在設計中，充分考慮了人機接口的完善，為易于操作工操作，畫面監(jiān)控、報警等功能得到充分完善。通過對高爐補充水控制系統(tǒng)的研究與應用，很好的解決了管道壓力波動問題，另外，對水溫的控制也起到了良好的效果。保證了高爐對冷卻水的要求。

1 高爐補水自控系統(tǒng)方案設計

針對循環(huán)水系統(tǒng)設備精確度高、限制因素多等特點，為達到設計方案穩(wěn)定可靠、經濟實用，將企業(yè)的節(jié)能降耗目標向前不斷推進的目的，決定采用ABB系列變頻器控制系統(tǒng)。網絡上采用光纖以太環(huán)網的方式實現(xiàn)信息傳輸。為生產操作人員提供了完善、實用的人機接口，并實現(xiàn)了補水系統(tǒng)的自動控制等功能。

1.1 系統(tǒng)軟件及硬件配置

現(xiàn)場控制站計算機系統(tǒng)選用施耐德公司的Pentium系列的PLC產品，該軟件技術成熟，經濟性較好，使用方便，安全可靠，較好地實現(xiàn)了自控系統(tǒng)的高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化。

（1）控制軟件組態(tài)：根據硬件配置，進行了正確的、合理的地址分配及系統(tǒng)組態(tài)，數(shù)據采集由Vijeo Citect服務器通過Schneider Electric Quantum PLC硬件與現(xiàn)場設備狀態(tài)連接；數(shù)據處理采用Pentium系列PC機；

（2）為滿足生產要求，方便操作人員，繪制了工藝畫面、操作畫面、確定了報警點、歷史數(shù)據采集、報表及報表打印。

1.2 變頻器控制技術方案

控制策略確定及系統(tǒng)工作原理

高爐水冷卻系統(tǒng)主要用于高爐冷卻壁的冷卻，當管道壓力波動大以及冷水水溫較高時，對冷卻都有一定影響，直接會影響到高爐的壽命。因此，自動化系統(tǒng)對軟水系統(tǒng)至關重要?；赑LC自控系統(tǒng)的控制，對軟水泵的啟停做出精準控制。因此，萊蕪鋼鐵集團有限公司1880m3高爐循環(huán)水系統(tǒng)變頻器自動控制系統(tǒng)設置為三電一體化（EIC）結構，上位監(jiān)控機采用分布式設計，采用光纖連接成快速100M以太環(huán)網，通訊速度快且可靠。

2 計算機系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)

1880M3循環(huán)水系統(tǒng)控制由原來的機旁操作全部改為計算機操作，所有參數(shù)全部由畫面進行顯示。主泵的操作根據工藝需要，由畫面點擊啟動，一般為一用一備，當一臺泵出現(xiàn)故障時，程序會自動切換到另外一臺泵，能有效的節(jié)約能源。整個控制的核心在于對補水泵的控制，詳細介紹如下：

2.1 自動補水功能

1880m3循環(huán)水補水系統(tǒng)由兩臺泵組成，一用一備，當一臺泵出現(xiàn)故障時，切換到另外一臺泵使用。兩臺補水泵均由ABB變頻控制，泵的啟停是靠軟水補水管道壓力的大小來完成的。當壓力低時，自動啟動其中一臺補水泵，目前設定值為0.31Mpa，但當?shù)?.31 Mpa時，由于管道瞬間壓力波動頻繁，導致接觸器動作頻繁，電機時啟時停，對設備傷害很大。為了避免這種現(xiàn)象，程序中采用了自鎖功能，即當監(jiān)測到0.31 Mpa時，瞬間自鎖，保證程序輸出的穩(wěn)定，即保證了電機輸出的穩(wěn)定。電機是靠變頻來調速的，由于管道壓力較大，電機在30Hz以下工作時，補水效果很不明顯，為了以最快時間達到工藝要求的壓力值，對電機的旋轉速度進行了調整。另外，若出現(xiàn)特殊情況，如壓力變送器損壞，數(shù)據顯示將變?yōu)榱阒担冾l將誤認為現(xiàn)場壓力過低，將輸出50Hz頻率給電機，會導致不停的給管道補水，造成管道壓力增大，甚至會造成管道破裂，后果不堪設想。在這種情況下，程序中采用了兩種處理方式，第一種是操作工及時發(fā)現(xiàn)切換到手動進行補水，第二種是又將軟水回水壓力串到程序之中，保證了管道壓力的穩(wěn)定性。

軟水緊急補水泵的啟停是根據高爐膨脹罐水位來實現(xiàn)的，系統(tǒng)采用了先進的網絡傳輸技術，即把高爐本體的膨脹罐水位超低、低、高、超高信號分別傳輸?shù)礁郀t軟水PLC系統(tǒng)中，程序進一步處理，當水位超低時，自動啟動其中一臺緊急補水泵，當水位高時，自動停止緊急補水。若操作工將操作畫面打到手動狀態(tài)時，若出現(xiàn)緊急情況，如管道大量漏水，操作工來不及到現(xiàn)場啟動電機，我們又將PLC輸出與現(xiàn)場機旁操作箱輸出并在一起，即在現(xiàn)場操作箱打在手動情況下，亦可在畫面上啟動電機，將保證給高爐的供水，防止因水壓不足造成對高爐冷卻壁燒壞的現(xiàn)象，采用了雙保險的控制思路。

2.2 凈水補水軟啟功能

在凈水系統(tǒng)中，采用了軟啟功能。具體原理如下：

軟起動器（軟啟動器）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數(shù)時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額 定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。軟啟動器具有以下特點：1.提高電機的起動性能、可靠性和自適應能力，根據本身的轉速自動完成，無需人去干涉。

2.過載保護功能：軟起動器引進了電流控制環(huán)，因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。

3.過熱保護功能：通過軟起動器內部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管，并發(fā)出報警信號。

2.3 監(jiān)控畫面

我們繪制了工藝流程畫面、設備啟停畫面、工藝參數(shù)畫面、歷史記錄、以及歷史趨勢畫面。使操作人員可以通過畫面監(jiān)視整個生產過程，啟停設備、監(jiān)視參數(shù)、觀察趨勢，查詢歷史記錄。

3 本系統(tǒng)的技術特色

（1）補水實現(xiàn)自動，采用先進的模糊控制理論。采用循環(huán)水自動控制大大節(jié)約了用水及用電量。

（2）計算機系統(tǒng)采用新的并行處理系統(tǒng)形式—機群系統(tǒng)。基礎級采用I/O遠程通訊網連接，實現(xiàn)各控制主機的分布式控制；監(jiān)控級采用光纖以太環(huán)網，Client/Server結構，實現(xiàn)各監(jiān)控終端的集中顯示操作、管理、故障自診斷。確保系統(tǒng)高速、可靠運行及良好的擴展性。

（3）實現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線，為用戶提供更為靈活的系統(tǒng)集成主動權。

（4）軟件技術成熟，穩(wěn)定可靠，能及時對現(xiàn)場問題作出智能化反應。

（5）軟硬件系統(tǒng)抗干擾功能，設置多種分段過濾處理方式，及時準確捕捉現(xiàn)場實時信號。

（6）電纜鋪設嚴格按照強弱電區(qū)分原則，現(xiàn)場及柜內接地處理，有效防止了通信干擾。

（7）有效的避免生產成本的浪費，減輕職工的勞動輕度，極大地利于生產穩(wěn)定順行、節(jié)能降耗，取得了客觀的經濟和社會效益。

4 結語

高爐循環(huán)水自動補水系統(tǒng)采用先進的變頻器自動控制技術，系統(tǒng)運行可靠，能夠滿足生產工藝要求，控制靈活、性能穩(wěn)定可靠，便于操作維護。該系統(tǒng)采用三電一體化、光纖以太環(huán)網的系統(tǒng)結構，實現(xiàn)了數(shù)據共享，數(shù)據采集周期短，刷新速度快，網絡穩(wěn)定性好，并實現(xiàn)了生產工報警、歷史趨勢及報表打印等功能。降低了高爐的減風及休風率，故障處理時間降低，且系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，操作維護方便，提高了生鐵的產量，在降低能耗、高產穩(wěn)產、安全生產、保護環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用。

[1]姜永華，PLC與變頻器控制系統(tǒng)設計與調試。2011.6。

[2]徐斌，施耐德PLC應用技術。2011.2。

[3]施利春，PLC與變頻器。2007.6。