【正文】 本思想、內容及方法，設計了高爐溫度、流量、壓力檢測系統以及爐頂壓力 自動控制系統，闡述了高爐監(jiān)控系統的總體設計以及 MCGS 在監(jiān)控系統中的應用。 Process Control。據統計， 1994 年我國的生鐵產量已達 9640萬噸，位居世界第一位，而鋼產量己達 9150 萬噸，位居世界第二位。從能源角度看，高爐所消耗的能量約占煉鋼流程總能耗的 60%~70%。高爐開爐后，生產連續(xù)不斷進行著，爐料不斷下降，焦炭 在風口處燃燒，爐料在高爐內不斷地進行化學反應，生成鐵水和爐渣。 非高爐煉鐵 由于高爐煉鐵 技術經濟指標好、可靠、產量大、 效率高 、 能耗低，這種方法生產的鐵占世界生鐵總產量的 90%以上，但一些缺乏焦炭資源的國家和地區(qū)，也使用非高爐煉鐵法。熔融還原法是指一切不 用高爐冶煉液態(tài)生鐵的方法，它是用高品質鐵精礦，經預還原在高溫熔融狀態(tài)下直接還原成液態(tài)金屬。 高爐 在鋼鐵廠處于喉舌位置， 它 需及時持續(xù)地為鋼廠提供穩(wěn)定、高質的鐵水 。高爐要及時 、 正確地按規(guī)定的順序和一定配比裝入大量的原料 ， 并且要求爐料均勻下降，內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 使之與煤氣流良好接觸，以 保持一定的爐熱狀態(tài) ， 這些在很大程度上依賴于自動化技術來實現 ， 故現 代高爐都把自動化作為關鍵環(huán)節(jié)重點發(fā)展 。 在高爐煉鐵過 程中 ， 煉鐵工藝的連續(xù)化生產 流程是由諸多子工序組成的復雜生產系統 ，從自動化控制角度考慮 高爐冶煉過程 ， 高爐流程是以值班工長為指揮中心的多工序 、多崗位 、 分工配合 、 協調進行的生產流程 。高爐本體是冶煉生鐵的主 體 設備，它是由耐 火材料砌筑的豎立式圓筒形爐體，最外層是由鋼板制成的爐殼，在爐殼和耐火材料之間有冷卻設備。爐缸設有風口、鐵口和渣口。爐殼除承受巨大的重力外，還要承受熱應力和內部的煤氣壓力，有時要抵抗崩料、坐料甚至可能發(fā)生的煤氣爆炸的突然沖擊，因此要有足夠的強度。爐喉直徑應和爐缸直徑、爐腰直徑及大鐘直徑比例適當。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 爐腰 是 高爐直徑最大的部位。 爐腹 是 高爐熔化和造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺形。爐腹角一般為 79～ 82 ；過大不利于煤氣流分布；過小 則不利于爐料順行。只有砌體表面溫度降低到它所接觸的渣鐵凝固溫度，并且表面生成渣皮（或鐵殼），才能阻止其進一步受到侵蝕，所以必需對爐底進行冷卻 ， 通常采用風冷或水冷。爐基不許有不均勻的下沉，一般爐基的傾斜值不大于 ％ ~0． 5％。爐襯是用能夠抵抗高溫作用的耐火材料砌筑而成的。小高爐的爐喉保護板可以用鑄鐵做成開口的匣子形狀；大高爐的爐喉護板則用 100～150mm 厚的鑄鋼做成。包括貯礦槽、稱量與篩分等一系列設備，其任務是將高爐冶煉所需原燃料通過上料系統裝入高爐。包括煤氣管道、重力除塵器、洗滌塔、文氏管、脫 水器等，其任務是將高爐冶煉所產生的煤氣，經過一系列的凈化使其含塵量降至 10 ㎎ /m3以下，以滿足用戶對煤氣質量的要求。包括原煤的儲存、運輸、煤粉的制備、收集及煤粉噴粉等，其任務是均勻穩(wěn)定的向高爐噴吹大量煤粉，以煤代焦，降低焦炭消耗。焦炭和礦石在爐 內形成交替分層結構。因此， 高爐 檢測系統 具有重要意義。其主要的檢測點包括爐頂溫度、爐喉溫度、爐身溫度、爐基溫度、爐底溫度和熱風溫度。 本溫度檢測系統主要以熱電偶為檢測元件，通過熱電偶感受溫度變化，熱電偶將溫度變化轉換為熱電勢信號，然后送至溫度變送器，將熱電勢轉換為標準的 420mA 輸出，溫度變送器出來的信號直接由多點式 記錄儀指示和記錄。而非接觸方式是遙測，主要是紅外測溫，這是接觸方式做不到的。熱輻射是由于內外原因使物體內部帶電粒子不斷運動，使物體具有一定溫度 (高于絕對零度 )而產生一種熱輻射現象。除此以外，熱 電偶溫度計還具有明顯的優(yōu)點：①結構簡單，制造方便，價格便宜；②測溫精度較高，高溫區(qū)的復現性和穩(wěn)定性好；③由于 輸出電信號，便于信 號的遠傳和記錄，也有利于集中檢測和控制；④熱電偶體積小，熱容量及熱慣性均小。 熱電阻在工業(yè)領域應用也極為廣泛，其優(yōu)點也很多， 可以遠傳電信號 、 靈敏度高 、 穩(wěn)定性強 、 互換性以及準確性都比較好，但是需要電源激勵，不能夠瞬時測量溫度的變化。 根據國際電工委員會 (IEC)推薦的四種類型標準化熱電阻，以及本設計要求，測 量 對象（冷卻水）的 溫度范圍為 0~500℃，選用分度號為 Pt100（鉑熱電阻）作為檢測元件，其測溫范圍一般為 200~650℃。在選擇對熱電偶和 熱電阻 的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點 ： （ 1） 為了使 熱電偶 和熱電阻的測量端與被測介質之間有充分的熱交換 ， 應合理選擇測點位置 ， 盡量避免在閥門 ,彎頭及管道和設備的死角附近裝設熱電偶或熱電阻 。 根據本設計要求，測控對象為高爐，由于 插入深度的選取應當使熱電偶能充分感受介質的實際溫度 ，一般為熱電偶和熱電阻總長度的 4/5 以上 。若必須水平安裝，則插入深度 不宜過長，且 應用耐火粘土或耐熱合金制成的支架將熱電偶 或熱電阻 支撐住。 高爐 主要 流量檢測項目有 冷風流量和冷卻水流量。節(jié)流裝置把流體流量轉換成差壓信號，通過引壓管送到差壓計，差壓計進一步將差壓信號轉換為電流信號，顯示儀表將接收到的電流信號 進行顯示。39。 在整個工業(yè)生產領域中，節(jié)流式流量計也占流量儀表總數的一半以上 。 節(jié)流式流量計由節(jié)流裝置、引壓導管、差壓計和顯示儀表組成。對于標準孔板，我國國家規(guī)定，標 準的取壓方式有角接取壓法、法蘭取壓法和 2DD? 取壓法。 爐頂煤氣壓力是判斷爐況的重要參數之一，但爐頂煤氣壓力是反映煤氣溢出料面后的壓力，不能具體指出煤氣流上升過程中某些方向或某一水平上的變化。比較復雜的測量系統就是帶計算機的壓力檢測系統。壓力計的選擇應根據生產過程對壓力測量的要求，結合其他方面的有關情況具體分析和全面考慮后選用，一般要注意以下問題： （ 1）儀表類型的選用。究竟選擇多大量程的儀表，應由測量過程所需要測量的壓力的大小來決定。 （ 3）儀表精確度等級的選擇。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 高爐爐頂壓力自動控制系統設計 爐頂煤氣壓力控制系統簡介 爐頂煤氣壓力控制是 高爐控制系統中最重要的一部分， 高爐 是高壓操作， 它 是強化高爐冶煉技術的有效技術措施。該控制系統的目的是為了保證爐喉處的煤氣壓力為給定值。在所有反饋控制系統中，單回路控制系統是最基本、結構最簡單的一種。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 控 制 器 控 制 閥 壓 力 對 象測 量 變 送 器給 定測 量 值偏 差被 控 變 量 圖 單回路控制系統方框圖 單回路控制系統是實現生產過程自動化的基本單元 ， 其結構簡單、投資少、易于調整和投運，能滿足一般工業(yè)生產過程的控制要求，在工業(yè)生產 中 應用十分廣泛，尤其適用于被控過程的純滯后和慣性小、負荷和擾動變化比較平緩，或者控制質量要求不太高的場合。 分程控制系統設置的目的有兩種。其動作過程如圖 所示。閥門定位器相當于一 只可變放大倍數 且零點可以調整的放大器。根據本設計控制系統的要求，由于高爐爐頂煤氣壓力很大，有時光靠一個閥門是實現不了控制的，這就當煤氣壓力超出一定的范圍需要，同時打開多個閥門，一個控制閥無法滿足生產需要，因此選用了分程控制系統。 本控制系統 為一個負反饋控制系統，由于爐頂壓力很高，煤氣管道直徑很大，故調節(jié)閥是成組實現的，本文采用了三個控制閥，分別是自動閥、量程閥、快開閥。正常生產后，由其他閥門調節(jié)過渡為 TRT 靜葉調節(jié)，控制權仍為高爐。在構成一個自動控制系統時，被控變量的選擇十分重要，它關系到系統能否達到穩(wěn)內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 定操作、增加產量、提高質量、改善勞動條件、保證安全等目的 ，關系到控制方案的成敗。 （ l）被控變量應能代表一定的工藝操作指標或能反映工藝操作狀態(tài)，一般都是工藝過程中比較重要的變量。當無法獲得直接 質量 指標信號，或其測量和變送信號滯后很大時，可選擇與直接 質量 指標有單值對應關系的間接指標作為被控變量。 因此，根據本設計以及高爐生產工藝，選爐頂煤氣壓力為被控變量。 （ 2）操縱 變量應該是系統中所有輸入變量中對被控變量影響最大的一個。 執(zhí)行器的選擇 執(zhí)行器 是控制系統的 執(zhí)行機構，它接受控制器的命令執(zhí)行控制任務。正常工況下要求 執(zhí)行器 開度處于 15％～ 85％ 之間。本文主要介紹 執(zhí)行 器 開閉的選擇。 又因為兩閥是同向動作，所以都為氣閉閥。如貯罐液位、塔釜 液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。適用于過程容量滯后較大的場合。 控制 器正反作用的確定 正作用 是指 控制 器的輸出隨著正偏差 (指測量值大于設定值 )而增加， 反作用 是指 控制 器的輸出隨著正偏差而減小。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 為了保證能夠成負反饋，過程控制系統要能正常工作，系統開環(huán)總放大倍數必須為負，而系統開環(huán)總放大倍數為系統中各環(huán)節(jié)放大倍數的乘積，則該系統的各個環(huán)節(jié)的極性 (可用其靜態(tài)放大系數表示 )相乘必須為正。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第五章 高爐監(jiān)控系統設計 傳統上因控制設備本身的特點，高爐自動化系統劃分為電 氣、儀表、計算機三大部分的系統。儀控部分完成對高爐本體、熱風爐等個系統數據采集、顯示，以及對壓力、溫度等 PID 調節(jié)。 MCGS (Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統 )是一套用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統的組態(tài)軟件，它能夠在基于 Microsoft（各種 32 位 Windows 平臺上）運行， 通過對現場 數據的采集處理， 以 動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，它充分利用了Windows 圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點，比以往使用專用機開發(fā)的工內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 業(yè)控制系統更具有通用性，在自動化領域有著更廣泛的應用。 MCGS 具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業(yè)自動化、航空航天等領域，經過各種現場的長期實際運行，系統穩(wěn)定可靠。 MCGS采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，符合中國人的使用習慣和要求，以窗口為單位，構造用戶運行系統的圖形界面，使得 MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變。例如 MCGS在處理數據采集、設備驅動和異常處理等關鍵任務時，可在主機運行周期時間內分時處理打印數據等類似的非關鍵性工作，實現系統并行處理多任務、多進程。 MCGS還支持多媒體功能，使能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫于一體的漂亮、生動的工程畫面。 MCGS提供了良好的安全機制，為多個不同級別用戶設定不同的操作 權限。 （ 7）多樣化的報警功能。 （ 8）實時數據庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便。 （ 9）支持多種硬件設備，實現“設備無關”。 （ 10）方便控制復雜的運行流程。三種基本類型的構件（設備構件、動畫構件、策略構件）完成了 MCGS系統三大部分（設備 驅動、動畫顯示和流程控制）的所有工作。 （ 11）良好的可維護性和可擴充性。用戶在設備工具箱中可方便選擇各種設備構件。各個部件獨立地向實時數據庫輸入和輸出數據，并完成自己的差錯控制。不僅方便用戶進行報警設置，并且實現了系統實時顯示 、打印報警信息的功能。 （ 6）強大的網絡功能。 MCGS采用開放式結構，系統可以與廣泛的數據源交換數據， MCGS提供多種高性能的 I/O驅動；支持 Microsoft開放數據庫互 連（ ODBC）接口，有強大的數據庫連接能力； MCGS全面支持 OPC（ OLE for Process Control）標準，既可作為 OPC客戶端，也可以作為 OPC服務器，可以和更多的自動化設備相連接； MCGS通過 DDE（ Dynamic Data Exchange，動態(tài)數據交換）與其它應用程序交換數據，充分利用計算機豐富的軟件資源； MCGS全面支持 ActiveX控件，提供及其靈活的面向對象的動態(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫。 MCGS以圖像、圖符、報表、曲線等多種形式，為操作員及時提供系統運行中的狀態(tài)、品質及異常報 警等有關信息；通過對圖形大小的變化、顏色的改變、明暗的閃爍、圖形的移動翻轉等多種手段，增強畫面的動態(tài)顯示效果；在圖元、圖符對象上定義相應的狀態(tài)屬性，實現動畫效果。 （ 2）實時性強、良好的并行處 理性能。三類產品風格相同，功能各異，三者完美結合，融為一體，形成了整個工業(yè)監(jiān)控系統的從設備采集、工作站數據處理和控制、上位機網絡管理和 web 瀏覽的所有功能，很 好 地 實現了自動控制一體化的功能。 MCGS 為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網絡等功能。 MCGS 組態(tài)軟件概述 隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領域的廣泛應用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領域的應用，使得傳統的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。 高爐自動控制系統 由