萬(wàn)麗萍

摘要：隨著國(guó)際上“工業(yè)4.0”潮流的興起，國(guó)內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)緊跟時(shí)代科技潮流，不斷引進(jìn)智能技術(shù)，提高自動(dòng)化水平，在生產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量管控、能源管理、物料準(zhǔn)備、成本管控、設(shè)備運(yùn)維方面取得積極進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；過(guò)程控制系統(tǒng)；煉鋼廠；應(yīng)用

1計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)的概述

計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)是一種依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代技術(shù)，其具有非常廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于單個(gè)閥門或者電機(jī)的控制，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)企業(yè)或者是工廠的控制。其控制的方式也是多種多樣的，既有較為簡(jiǎn)單的單回路控制，同時(shí)也有較為復(fù)雜的最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制或者是智能控制。因此，對(duì)其分類也就變得比較復(fù)雜，可以根據(jù)設(shè)定值和被控參數(shù)的形式來(lái)分類，或者根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)、控制功能的類型等來(lái)劃分，又或者是根據(jù)控制規(guī)律、系統(tǒng)功能以及控制方式來(lái)劃分。比較常見(jiàn)的方法是根據(jù)系統(tǒng)功能來(lái)進(jìn)行分類。

一是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，這類系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的輸出針對(duì)的是過(guò)程參數(shù)的收集，并且在加工處理后進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，從而指導(dǎo)操作人員的必要操作，計(jì)算機(jī)并不直接用于控制生產(chǎn)過(guò)程。

二是具備對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行分析、巡檢以及記錄，并進(jìn)行報(bào)警處理等功能的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

三是計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中，以對(duì)象的數(shù)字模型或者是生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)為依據(jù)給出最合適的工藝參數(shù)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)控制的監(jiān)督控制系統(tǒng)。

四是直接數(shù)字控制系統(tǒng)。它主要是指計(jì)算機(jī)通過(guò)過(guò)程輸入通道來(lái)獲得數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后通過(guò)輸出通道進(jìn)行控制信號(hào)的輸出，從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目的。

五是集散控制系統(tǒng)。微處理器是集散控制系統(tǒng)的核心所在，通過(guò)微處理器可以實(shí)現(xiàn)分散控制的目標(biāo)，還可以利用高速數(shù)據(jù)通道對(duì)于分散的信息進(jìn)行集中處理，從而達(dá)到較為復(fù)雜的管理和控制操作。

六是多級(jí)控制系統(tǒng)。通過(guò)多級(jí)控制系統(tǒng)企業(yè)在生產(chǎn)以及經(jīng)營(yíng)管理可以通過(guò)幾級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)開(kāi)展控制工作，一般而言可以達(dá)到監(jiān)督控制、經(jīng)營(yíng)管理以及直接數(shù)字控制這三級(jí)系統(tǒng)。

七是監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的一種形式，它主要依托于控制、CRT、計(jì)算機(jī)以及通訊等多種技術(shù)來(lái)對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。一般而言，主要有監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)以及控制中心兩個(gè)層次的控制結(jié)構(gòu)。

2煉鋼過(guò)程智能技術(shù)的作用

隨著自動(dòng)化基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，如轉(zhuǎn)爐的爐襯測(cè)厚儀、定氧儀、連鑄的倒錐度測(cè)量?jī)x、輥間距測(cè)量?jī)x等應(yīng)用，有效提升了轉(zhuǎn)爐、連鑄工藝的管控能力。此外隨著可編程控制器技術(shù)、模糊邏輯控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、專家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)技術(shù)等的發(fā)展，又促進(jìn)煉鋼的智能化水平的提高。

煉鋼的“智能化”核心是在基礎(chǔ)自動(dòng)化完善的前提下，綜合應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)、專家系統(tǒng)和流程仿真等技術(shù)，協(xié)調(diào)生產(chǎn)線各工序作業(yè)，進(jìn)行全線物流跟蹤、質(zhì)量跟蹤控制、成本在線控制、設(shè)備預(yù)測(cè)維護(hù)等。具體的技術(shù)包括轉(zhuǎn)爐的靜態(tài)模型、動(dòng)態(tài)模型、吹煉自動(dòng)化模型、主原料計(jì)算模型、合金模型等，連鑄包括自動(dòng)開(kāi)澆、自動(dòng)加保護(hù)渣等。

3轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制功能及關(guān)鍵技術(shù)

3.1轉(zhuǎn)爐冶煉的靜、動(dòng)態(tài)模型控制技術(shù)

轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化控制技術(shù)則是根據(jù)鋼種以及鐵水的重量和溫度，在轉(zhuǎn)爐兌鐵前，由二級(jí)計(jì)算機(jī)分析出整個(gè)過(guò)程的氧槍吹煉高度、熔劑加入量、吹氧量、底吹量等靜態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)在吹煉后期檢測(cè)鋼水成分和溫度等參數(shù)，再通過(guò)二級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析出動(dòng)態(tài)模型調(diào)整數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)煉鋼的自動(dòng)化控制，保證達(dá)到最終目標(biāo)。

3.2轉(zhuǎn)爐氧槍氧氣流量自動(dòng)控制

冶煉時(shí)根據(jù)產(chǎn)生的煙氣成分變化特點(diǎn)，分析且計(jì)算出一套隨冶煉時(shí)間變化而變化的氧氣流量模型，使氧槍內(nèi)氧氣流量在冶煉時(shí)隨冶煉時(shí)間根據(jù)模型自動(dòng)階段性控制，對(duì)氧氣流量進(jìn)行雙PID控制，提高控氧的穩(wěn)定性，目前流量能控制在設(shè)定值的±500m3/h以內(nèi)。

3.3轉(zhuǎn)爐自動(dòng)加料系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)可根據(jù)加料模型自動(dòng)進(jìn)行振料、配料、向爐內(nèi)加料作業(yè)，完成一爐鋼的加料造渣，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐過(guò)程冶煉自動(dòng)加料控制，有利于穩(wěn)定生產(chǎn)冶煉，便于建立不同條件下的冶煉控制模型，加料系統(tǒng)會(huì)根據(jù)氧步進(jìn)行自動(dòng)加料，且上下倉(cāng)制作連鎖，確保不能出現(xiàn)因上下倉(cāng)同時(shí)打開(kāi)導(dǎo)致料重不準(zhǔn)的狀況。

3.4轉(zhuǎn)爐底吹氬自動(dòng)控制

轉(zhuǎn)爐底吹氬自動(dòng)控制為全自動(dòng)控制，建立模型后，在確認(rèn)同一種鋼種后，不需要做任何操作，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)冶煉供氧量、轉(zhuǎn)爐傾角等參數(shù)進(jìn)行階段性全自動(dòng)控制。

根據(jù)冶煉供氧量建立氧步模型，底吹管供氬或供氮由模型表中設(shè)定值來(lái)判斷，且閥門自動(dòng)切換，上位機(jī)主畫面有供氬、供氮和供氣故障等顯示燈進(jìn)行提示。

3.5轉(zhuǎn)爐出鋼自動(dòng)下渣檢測(cè)

轉(zhuǎn)爐出鋼自動(dòng)下渣檢測(cè)裝置由攝像儀、工控機(jī)等組成，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐出鋼自動(dòng)擋渣控制，降低下渣量，提高鋼水質(zhì)量。

3.6爐后氬站吹氬自動(dòng)控制

根據(jù)鋼包位置和轉(zhuǎn)爐傾角建立模型表，鋼包吹氬流量根據(jù)模型進(jìn)行階段性供氬。轉(zhuǎn)爐爐后氬站自動(dòng)控制，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

4計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)在煉鋼中的應(yīng)用

4.1畫面監(jiān)控

計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)應(yīng)該提供實(shí)時(shí)趨勢(shì)、儀表棒圖、工藝流程、報(bào)警圖以及歷史趨勢(shì)等監(jiān)控畫面，而且應(yīng)該保障各個(gè)畫面可以進(jìn)行快速的切換，以便更好地對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。特別是對(duì)于轉(zhuǎn)爐本體的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該提供更加全面、直觀、清晰的監(jiān)控畫面，對(duì)于其運(yùn)行狀態(tài)和工藝流程進(jìn)行更好的控制和操作。

4.2數(shù)據(jù)采集

通過(guò)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序，計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)和外設(shè)的通訊并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集工作。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)操作站實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，同時(shí)對(duì)于采集起來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)開(kāi)展加工和處理工作，從而達(dá)到在線實(shí)時(shí)控制、管理的目的。

4.3修改及設(shè)定控制參數(shù)

控制參數(shù)的設(shè)定和修改是通過(guò)計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)煉鋼過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，通過(guò)系統(tǒng)技術(shù)人員可以很方便地根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)要求和工藝要求進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，同時(shí)還可以根據(jù)煉鋼過(guò)程中的具體情況來(lái)調(diào)整和修改相關(guān)的參數(shù)，從而確保生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行，保障生產(chǎn)過(guò)程的安全。控制參數(shù)的設(shè)定好修改必須做好權(quán)限的設(shè)置工作，對(duì)于不同級(jí)別的技術(shù)和管理人員賦予不同級(jí)別的操作權(quán)限，避免出現(xiàn)安全生產(chǎn)的隱患?？梢赃M(jìn)行設(shè)定和修改的控制參數(shù)應(yīng)該包括溫度、液位、壓力、壓力，還有PID調(diào)節(jié)參數(shù)等。

4.4報(bào)警處理

當(dāng)煉鋼過(guò)程中出現(xiàn)異常的時(shí)候，計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)必須提供畫面、聲音等報(bào)警信息，對(duì)于技術(shù)人員進(jìn)行提醒。同時(shí)，在報(bào)警記錄中還應(yīng)包含故障時(shí)間、部位等相關(guān)的信息，在方便技術(shù)人員進(jìn)行故障處理的同時(shí)也有助于故障歷史數(shù)據(jù)記錄的查詢和分析。

4.5網(wǎng)絡(luò)通信

網(wǎng)絡(luò)通信對(duì)于煉鋼生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)節(jié)和控制至關(guān)重要，計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)通過(guò)相關(guān)的軟件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程信息的共享，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。通過(guò)在服務(wù)器上安裝的軟件可以實(shí)現(xiàn)在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間建立起有效的連接，達(dá)到數(shù)據(jù)傳送控制的目的。

結(jié)論

總之，計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)是一項(xiàng)功能強(qiáng)大的現(xiàn)代化技術(shù)，其在煉鋼廠中的應(yīng)用可以有效地提高煉鋼廠的生產(chǎn)效率，提高整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性。

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（作者單位：中冶東方工程技術(shù)有限公司）