【正文】 壓 ,以克服送風(fēng)系統(tǒng)和料柱阻力 ,并使高爐保持一定的爐頂壓力 ,在整個(gè)冶煉過程中 ,由于原料 ?燃料 ?操作等條件的變化 ,引起爐況經(jīng)常改變 ,也相應(yīng)地要求供風(fēng)參數(shù)也要變化 ,所以要求高爐風(fēng)機(jī)具有一定的穩(wěn)定調(diào)節(jié)范圍和可靠的安全控制系統(tǒng) ? 二、 鼓風(fēng)機(jī)的工作原理 常用的高爐鼓風(fēng)機(jī)有三種類型 :固定靜葉角度軸流式鼓風(fēng)機(jī) :帶有中間冷卻器的多級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī) 。母管制 ,即通過閥門切換控制實(shí)現(xiàn)任意一臺(tái)風(fēng)機(jī)可以給任意一座高爐供風(fēng)的形式 ?采用母管制在供風(fēng)選擇上可以更加靈活 ,更能適應(yīng)大型冶金企業(yè)的設(shè)備檢修和正常生產(chǎn)的需要 ? 高爐鼓風(fēng)機(jī)所送出的冷風(fēng)主要用于高爐冶煉 ,高爐鼓風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓縮空氣通過幾十個(gè)風(fēng)口進(jìn)入高爐爐膛內(nèi) ,提供冶煉所需要的氧氣 ,同時(shí)具有一定的風(fēng)壓 ,用于克服送風(fēng)阻力和料柱阻力 ,并維持一定的爐頂壓力 ?在高爐內(nèi) ,冷風(fēng)通過熱風(fēng)爐被加熱到1000℃ 以上形成熱風(fēng) ,使鐵礦石 ?焦炭 ?石灰石三種原料進(jìn)行充分的還原 反應(yīng) ,生成鐵水并產(chǎn)生爐渣 ,沉入爐缸內(nèi) ?到一定的時(shí)間 ,利用爐渣比重輕于鐵水 ,分別出鐵水和爐渣一次 ?如果未到出鐵時(shí)間 ,由于鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障而停止送風(fēng)時(shí) ,將導(dǎo)致冷風(fēng)壓力急劇下降 ,未分離的鐵水和爐渣的混合物將下沉灌入風(fēng)口并凝結(jié) ,即為風(fēng)口灌渣 ?尤其在高爐即將出鐵前 (或出鐵后 40分鐘后 ),風(fēng)機(jī)突然停風(fēng)往往導(dǎo)致高爐風(fēng)口 ?直吹管 ?彎頭大灌渣等重大生產(chǎn)事故 ?一旦風(fēng)口灌渣 ,處理一次灌渣事故約 10多個(gè)小時(shí) ,加 L高爐恢復(fù)正常的時(shí)間 ,以及恢復(fù)風(fēng)口的費(fèi)用 ,將使企業(yè)產(chǎn)生重大損失 ? 高爐供風(fēng)系統(tǒng)的供風(fēng)是否正常將直接影響高爐的正常生產(chǎn) ?如果冷 風(fēng)供應(yīng)系統(tǒng)可靠 ,滿足高爐頂壓需求 ,那么高爐利用系數(shù)將增加 ,高爐將穩(wěn)產(chǎn) ?高產(chǎn) ? 如果高爐供風(fēng)系統(tǒng)工作失常 ,即向高爐供應(yīng)的冷風(fēng)由于事故突然中斷 ,那么高爐必將發(fā)生風(fēng)口灌渣的嚴(yán)重事故 ,給企業(yè)造成巨大損失 ,并對(duì)高爐木身產(chǎn)生很大的損傷 ?因此對(duì)高爐供風(fēng)系統(tǒng)工作的可靠性要求較高 ? 本論文選題的背景及意義 隨著國家工業(yè)的發(fā)展 ,在冶金企業(yè)中煉鐵技術(shù)的提高 ,高爐容積的不斷大型化 ,對(duì)高爐的穩(wěn)定性的要求越來越高 ,而作為高爐煉鐵系統(tǒng)中的鼓風(fēng)系統(tǒng)是高爐煉鐵當(dāng)中重要的輔助工藝之一 ,鼓風(fēng)系統(tǒng)中的撥風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)置又是關(guān)系到整個(gè)鼓風(fēng) 系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素 ,在高爐冶煉過程中如果一旦出現(xiàn)高爐鼓風(fēng)機(jī)故障停機(jī) ,供風(fēng)中斷等情況 ,就極易會(huì)造成高爐 “ 坐料 ” ?“風(fēng)口灌渣”等惡性事故 ,嚴(yán)重影響高爐生產(chǎn) ,不僅會(huì)造成設(shè)備的損失 ,也會(huì)對(duì)高爐的使用壽命 ?高爐的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響 ,阻礙整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營 ,直接和間接損失巨大 ,因此 ,自動(dòng)撥風(fēng)控制系統(tǒng)的 開發(fā) 對(duì)于整個(gè)高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)和企業(yè)高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)具有重大安全保障和經(jīng)濟(jì)效益 ? 為盡量減少和避免由于風(fēng)機(jī)故障而造成的高爐灌渣事故 ,本論文選擇了兩高爐鼓風(fēng)機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)撥風(fēng)裝置及其自動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)為論文選題 ? 設(shè)置撥風(fēng)系統(tǒng)的目 的就是 :當(dāng)一臺(tái)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障斷風(fēng)情況時(shí) ,利用撥風(fēng)系統(tǒng)將正在向其它高爐供風(fēng)的風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量調(diào)撥一部分供給故障停風(fēng)的高爐 ,以保證該故障風(fēng)機(jī)所供風(fēng)的高爐不致灌渣 ,而維持該高爐的極限生產(chǎn) ? 所選高爐鼓風(fēng)機(jī)基本技術(shù)參數(shù)表 : 編號(hào) 原動(dòng) 裝置 產(chǎn)地 形式 型號(hào) 轉(zhuǎn)速 (轉(zhuǎn) /分 ) 吸風(fēng)量 (m3/min) 排風(fēng)壓力 (Mpa) 1,2(6000風(fēng)機(jī) ) 氣輪 機(jī) 瑞士 靜葉可調(diào) 軸流式 VAS9018 3350~3860 5765 (絕 ) 3,4(5500風(fēng)機(jī) ) 氣輪 機(jī) 捷克 靜葉可調(diào) 軸流式 12AVA99B 3000~3700 5000 (絕 ) 所選高爐鼓風(fēng)機(jī)基本技術(shù)參數(shù)表 本論文完成的主要工作 本論文是運(yùn)用所學(xué)的自動(dòng)控制理論基礎(chǔ) ,結(jié)合針對(duì)當(dāng)前中小型鋼鐵廠的生產(chǎn)實(shí)際中存在的高爐灌渣事故而設(shè)計(jì)的一套可行的防灌渣撥風(fēng)控制系統(tǒng) ,采用西門子系列組態(tài)軟件對(duì)其生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)化控制 ?以 WinCC開放式體系結(jié)構(gòu)的組態(tài)軟件為開發(fā)工具 ,設(shè)計(jì)形象直觀 ,實(shí)時(shí)有效的人機(jī)接口 ,實(shí)現(xiàn)畫面 ?信息 ?控制理論的集中組態(tài)與管理 ,控制分散的過程控制系統(tǒng) ? 具體內(nèi)容安排如下 : 第二章 : 組態(tài)軟件 第三章 : 撥風(fēng)控制裝置及撥風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第四章 : 撥風(fēng)裝置計(jì)算機(jī)控制畫面設(shè)計(jì) 2組態(tài)軟件 “ 組態(tài) ” 的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng) (Distributed Control System 簡(jiǎn)稱DCS)的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的 ?組態(tài)的概念最早來自英文 Configuration,含義是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置 ,達(dá)到使計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動(dòng)完成特定任務(wù) ,達(dá)到使用者要求的目的 ?組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集 (Supervisory Control And Data Acquisition SCADA)的軟件平臺(tái)工具 ,具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目 ,使用方便靈活 ,功能強(qiáng)大 ? 早期控制儀表是氣動(dòng) PID調(diào)節(jié)器 ,后來發(fā)展成為氣動(dòng)單元組合儀表 ,在 50年代后出現(xiàn)電動(dòng)單元組合儀表 ?70 年代中后期隨著微處理器的出現(xiàn) ,誕生了第一代 DCS,到目前為止 ,DCS 和其它控制設(shè)備在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用 ?每一套 DCS 都是比較通用的控制系統(tǒng) ,每個(gè) DCS 廠商在 DCS 中都預(yù)裝了系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件 ,而其中的應(yīng)用軟件 ,實(shí)際上就是組態(tài)軟件監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與 數(shù)據(jù)采集 (SCADA)的軟件平臺(tái)工具 ,具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目 ,使用方式靈活 ,功能強(qiáng)大 ?監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時(shí) ,主要解決人機(jī)圖形界面問題 ?隨著它的快速發(fā)展 ,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 ?實(shí)時(shí)控制 ?SCADA?通訊及聯(lián)網(wǎng) ?開放數(shù)據(jù)接口 ?對(duì) I/O 設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容 ,隨著技術(shù)的發(fā)展 ,監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容 ? 監(jiān)控組態(tài)軟件的發(fā)展 組態(tài)軟件產(chǎn)生的背景 伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展 ,監(jiān)控組態(tài)軟件興起 ?60年代計(jì)算機(jī)開始涉足工業(yè)過程控制 ,但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)人員缺乏工廠儀表和工業(yè)過程的知 識(shí) ,導(dǎo)致計(jì)算機(jī)工業(yè)過程系統(tǒng)在各行業(yè)的推廣速度比較緩慢 ?70年代初期 ,微處理器的出現(xiàn) ,促進(jìn)了計(jì)算機(jī)控制走向成熟 ?很多從事控制儀表和原來一直就從事工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的公司先后推出了新型控制系統(tǒng) ,這一歷史時(shí)期較有代表性的就是 1975年美國 Honeywell 公司推出的世界上第一套 DCS TDC2021,而隨后的 20年間 ,DCS 及其計(jì)算機(jī)控制技術(shù)日趨成熟 ,得到了廣泛應(yīng)用 ,此時(shí)的 DCS已具有較豐富的軟件 ,包括 :計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件 (操作系統(tǒng) )?組態(tài)軟件 ?控制軟件 ?操作站軟件 ?其它輔助軟件 (如通訊軟件 )等 ? 80年代中后期 ,隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及和開放系統(tǒng) (Open System)概念的推廣 ,基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)開始進(jìn)入市場(chǎng) ,并發(fā)展壯大 ?組態(tài)軟件做為個(gè)人計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分 ,比 PC 監(jiān)控的硬件系統(tǒng)具有更為廣闊的發(fā)展空間 ?很多 DCS 和 PLC廠家主動(dòng)公開通訊協(xié)議 ,加入 “PC 監(jiān)控 ” 的陣營 ,PC監(jiān)控成本大大降低 ,市場(chǎng)空間逐漸擴(kuò)大 ,從無人值守的遠(yuǎn)程監(jiān)視 ?數(shù)據(jù)采集與計(jì)量 ?數(shù)據(jù)分析到過程控制 ,幾乎無處不用 ?與此同時(shí) ,可與組態(tài)軟件構(gòu)筑完整的低成本自動(dòng)化系統(tǒng)的各類智能儀表 ?調(diào)節(jié)器和PCBased 設(shè)備的發(fā)展和各類嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的異 軍突起 ,把組態(tài)軟件推到了自動(dòng)化系統(tǒng)主力軍的位置 ,使得組態(tài)軟件越來越成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的靈魂 ? 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展 組態(tài)軟件產(chǎn)品于 80年代初出現(xiàn) ,并在 80年代末期進(jìn)入我國 ?但在 90年代中期之前 ,組態(tài)軟件在我國的應(yīng)用并不普及 ?究其原因 ,大致有以下幾點(diǎn) : ① 國內(nèi)用戶還缺乏對(duì)組態(tài)軟件的認(rèn)識(shí) 。 ⑵ 具有方便裝卸的分級(jí)結(jié)構(gòu)樹形文件系統(tǒng) 。 ⑹ 仍在發(fā)展中 ,不斷完善實(shí)時(shí)控制功能 ? Unix 是唯一可以在微 ?超微 ?小 ?超小型工作站 ,中大 ?小巨 ?巨型機(jī)上“全譜系通用”的系統(tǒng) ?由于 Unix的特殊背景 ,它強(qiáng)有力的功能 ,特別是它的可移植性以及目前硬件突飛猛進(jìn)的發(fā)展形勢(shì) ,吸引了越來越多的廠家和用戶 ? Unix 在多任務(wù) ?實(shí)時(shí)性 ?聯(lián)網(wǎng)方面的處理能力優(yōu)于 Win NT,但圖形界面 ?即插即用 ?I/O 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序數(shù)量方面趕不上 Win NT?90年代以來 Unix 的這些缺點(diǎn)已得到改進(jìn) ,現(xiàn)在的 Unix圖形界面 Xwindow和 Unix的變種 Linux已經(jīng)具備了較好的圖形環(huán)境? 4. 組態(tài)軟件在嵌入式整體方案中將發(fā)揮更大作用 前面已講過 ,微處理器技術(shù)的發(fā)展會(huì)帶動(dòng)控制技術(shù)及監(jiān)控組態(tài)軟件的發(fā)展 ,目前嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展速度極為迅猛 ,但相應(yīng)的軟件尤其是組態(tài)軟件滯后較嚴(yán)重 ,制約著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展 ?我們從使用方式上把嵌入式系統(tǒng)分為兩種 :帶顯示器 /鍵盤的和不帶顯示器 /鍵盤的 ? ⑴. 帶顯示器 /鍵盤的嵌入式系統(tǒng)又可分為 :帶機(jī)械式硬盤和帶電子盤的嵌入式系統(tǒng)二種 ? 帶機(jī)械式 硬盤 (如 PC/104可外接硬盤 )的嵌入式系統(tǒng) ,可裝 Windows98/NT 等大型操作系統(tǒng) ,對(duì)組態(tài)軟件沒有更多的要求 ? 不帶機(jī)械式硬盤 (帶電子盤 )的嵌入式系統(tǒng) ,由于電子盤的容量受限 (也可以安裝大容量電子盤 ,但造價(jià)太高 ),因此此類應(yīng)用只能安裝 ?WindowsCE?DOS 或Linux 操作系統(tǒng) ?目前支持 WindowsCE 或 Linux 的組態(tài)軟件很少 ,用戶一般或自己親自編程 ,或使用以前的 DOS環(huán)境軟件 ,但一般都存在 2021年問題 ?此類應(yīng)用規(guī)模都不大 ,但數(shù)量卻有很大潛力 ?另外價(jià)格是一個(gè)重要因素 ,如 果嵌入式系統(tǒng)的軟硬件價(jià)格得到進(jìn)一步降低 ,其市場(chǎng)規(guī)模將是空前的 ? ⑵. 不帶顯示器 /鍵盤的嵌入式系統(tǒng) :這種嵌入式系統(tǒng)一般情況都使用電子盤 ,只能安裝 ?WindowsCE?DOS或 Linux操作系統(tǒng) ,此類應(yīng)用有的會(huì)帶外部數(shù)據(jù)接口(以太網(wǎng) ?RS232/485等 ),目前面向此類應(yīng)用的組態(tài)軟件市場(chǎng)潛力巨大 ? 5. 組態(tài)軟件在 CIMS 應(yīng)用中將起到重要作用 美國 Harrington 博士于 1973年提出了 CIM(Computer Integrated Manufacturing計(jì)算機(jī)集成制造 )的概 念 ,主要內(nèi)容有 :企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)各環(huán)節(jié)密不可分 ,需統(tǒng)籌協(xié)調(diào) 。 。 ,方便數(shù)據(jù)共享 ? 自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員在組態(tài)軟件中只需填寫一些事先設(shè)計(jì)的表格 ,再利用圖形功能把被控對(duì)象 (如反應(yīng)罐 ?溫度計(jì) ?鍋爐 ?趨勢(shì)曲線 ?報(bào)表等 )形象地畫出來 ,通過內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對(duì)象的屬性與 I/O 設(shè)備的 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯連接 ?當(dāng)由組態(tài)軟件生成的應(yīng)用系統(tǒng)投入運(yùn)行后 ,與被控對(duì)象相連的 I/O 設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)生變化后直接會(huì)帶動(dòng)被控對(duì)象的屬性發(fā)生變化 ?若要對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行修改 ,也十分方便 ,這就是組態(tài)軟件的方便性 ? 從以上可以看出 ,組態(tài)軟件具有實(shí)時(shí)多任務(wù) ?接口開放 ?使用靈活 ?功能多樣 ?運(yùn)行可靠的特點(diǎn) ? 組態(tài)軟件的發(fā)展方向 實(shí)時(shí)多任務(wù) : 實(shí)時(shí)性是指工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該具有的能夠在限定的時(shí)間內(nèi)對(duì)外來事件作出反應(yīng)的特性 ?工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及監(jiān)控組態(tài)軟件具有時(shí)間驅(qū)動(dòng)能力和事件驅(qū)動(dòng)能力 ,即在按一定的周期時(shí)間對(duì) 所有事件進(jìn)行巡檢掃描的同時(shí) ,可以隨時(shí)響應(yīng)事件的中斷請(qǐng)求? 實(shí)時(shí)性一般都要求計(jì)算機(jī)具有多任務(wù)處理能力 ,以便將測(cè)控任務(wù)分解成若干并行執(zhí)行的多個(gè)任務(wù) ,加速程序執(zhí)行速度 ? 高可靠性 : 在計(jì)算機(jī) ?數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備及正常工作的情況下 ,如果供電系統(tǒng)正常 ,當(dāng)監(jiān)控組態(tài)軟件的目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)所占的系統(tǒng)資源不超負(fù)荷時(shí) ,則要求軟件系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間MTB(Mean Time Between Failures)大于一年 ? 如果對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求得更高 ,就要利用冗余技術(shù)構(gòu)成雙機(jī)乃至多機(jī)備用系統(tǒng) ?冗余技術(shù)是利用冗余資源來克服故障影響從而增加系統(tǒng)可靠性的技術(shù) ,冗余資源是指在系統(tǒng)完成正常工作所需資源以外的附加資源 ?說得通俗和直接一些 ,冗余技術(shù)就是用更多的經(jīng)濟(jì)投入和技術(shù)投入來獲取系統(tǒng)可能具有的更高的可靠性指標(biāo) ? 以力控 174。當(dāng)風(fēng)機(jī)故障停機(jī)時(shí)撥風(fēng)閥迅速開啟 ? 撥風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)圖 ? 撥風(fēng)系統(tǒng)需求分析 高爐與鼓風(fēng)機(jī)在正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求比較嚴(yán)格 ,因此 ,撥風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要滿足當(dāng)高爐鼓風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)通過 PLC 調(diào)配風(fēng)量 ,也要考慮到各個(gè)參數(shù)的正常 ,一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障緊急停機(jī)后 ,為故障風(fēng)機(jī)提供風(fēng)量的鼓風(fēng)機(jī)自 身不能因?yàn)橄蛄硗夤╋L(fēng)母管供風(fēng)而超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn) ,杜絕因?yàn)槌?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)而停機(jī) ,造成事故的擴(kuò)大化 ? 高爐不灌渣要求風(fēng)壓不低于 ,風(fēng)量不低于 2500N Minm3 ?當(dāng)風(fēng)機(jī)故障停機(jī)后 ,高爐進(jìn)風(fēng)口壓力自正常生產(chǎn)壓力降至判斷供風(fēng)系統(tǒng)故障風(fēng)壓 P1 的時(shí)間為 T1 ,再進(jìn)一步降至維持極限生產(chǎn)的供風(fēng)風(fēng)壓 P2 的時(shí)間為 T2 ,這就要求撥風(fēng)系統(tǒng)的啟動(dòng)設(shè)計(jì)限定時(shí)間 TTT 12??? 內(nèi)完成撥風(fēng) ? 對(duì)于高爐爐容為 220