第1章高爐控制系統(tǒng)工藝分析..........................................1

1.1高爐控制系統(tǒng)工藝介紹........................................1

1.2高爐控制系統(tǒng)的組成及應用....................................1

1.3高爐控制系統(tǒng)主要控制內容....................................2

第2章高爐控制系統(tǒng)設計...............................................2

2.1高爐系統(tǒng)控制分析..............................................3

2.2儀表的選擇....................................................4

2.3傳感器的選型..................................................4

第3章基于組態(tài)王的高爐系統(tǒng)監(jiān)控程序設計...............................5

3.1主控界面設計..................................................5

3.2報警和趨勢界面設計............................................7

3.3歷史數據報表..................................................8

3.4實時數據報表..................................................9

第4章結論與體會..................................................11

參考文獻.............................................................12

第1章高爐控制系統(tǒng)工藝分析

1.1高爐控制系統(tǒng)工藝介紹

隨著工業(yè)的發(fā)展，高爐的運用愈來愈滲透進多個行業(yè)。但是在高爐產生巨大

經濟效益.應用多套PLC組成高爐控制系統(tǒng)的實現方法和功能特點，以及多座高

爐控制系統(tǒng)進行兩級聯網通訊，實現過程控制利生產管理自動化。實際應用表

明，系統(tǒng)整體設計合理，運行穩(wěn)定可靠，滿足了高爐生產要求并取得很好的效

益.。

主體工藝系統(tǒng)采用三電（電氣，儀表，計算機）控制一體化程度較高的分布

式控制系統(tǒng)進行集中控制、監(jiān)視和操作，主要的輔助工藝系統(tǒng)則視工藝過程控制

的難易程度，選用獨立的PLC（DCS）或繼電器（模擬儀表）系統(tǒng)進行控制、監(jiān)視

和操作。主體工藝自動控制系統(tǒng)與輔助工藝PLC（DCS）或繼電器（模擬儀表）系

統(tǒng)之間通過數據通信接口或I/O模件接線方式進行通信。本文僅對高爐生產主體

工藝自動控制系統(tǒng)的各個設計階段、內容，進行總結和介紹。

高爐捽制系統(tǒng)主要包含高爐本體控制、給料和配料控制、熱風爐捽制,以及

除塵系統(tǒng)控制等。高爐煉鐵自動化控制系統(tǒng)就是保證煉鐵生產過程的連續(xù)性和實

時監(jiān)控性，進而保證高爐操作的四個主要問題：正確配料并以一定的順序及時裝

入爐內、控制爐料均勻下降、調節(jié)爐料分布及保持其與熱煤氣流的良好接觸、保

持高爐整體有合適的熱狀態(tài)。

高爐控制是集機械、電氣控制和計算機應用為一體的技術，采用以和利時公

司HOLLiASLK系列PLC為核心的,集中與分散相結合的自動化控制系統(tǒng),系統(tǒng)由

1個中央控制室和上料系統(tǒng)、高爐本體、熱風爐、除塵等四個控制站組成，通過

高速100Mbps光纖工業(yè)以太網進行數據通信，自動化過程監(jiān)控系統(tǒng)的布局及網絡

結構。

本系統(tǒng)是一個集順序控制、過程控制、數據采集、工況監(jiān)視、數據管理為一

體的計算機控制管理系統(tǒng)。對電動機、閥門等以及成套機電設備的開關量控制，

包括分組聯鎖起動、分組聯鎖關機、組內自動聯饋控制、組內單步聯鎖控制、系

統(tǒng)單步調試；過程控制數據的采集和處理（包括開關量和模擬量）；完善的報警

功能。開關量和模擬量報警的顯示、確認、記錄和打?。粍討B(tài)顯示工藝流程圖畫

面，各畫面之間可以自由切換；歷史曲線圖、實時曲線圖、電氣儀表圖和棒形圖

顯示和打印。

1.2高爐控制系統(tǒng)的組成及應用

高爐控制系統(tǒng)主要包含高爐本體控制、給料和配料控制、熱風爐控制，以及

除塵系統(tǒng)控制等。高爐煉鐵自動化控制系統(tǒng)就是保證煉鐵生產過程的連續(xù)性和實

時監(jiān)控性，進而保證高爐操作的四個主要問題：正確配料并以一定的順序及M裝

入爐內、控制爐料均勻下降、調節(jié)爐料分布及保持其與熱煤氣流的良好接觸、保

持高爐整體有合適的熱狀態(tài)。

高爐自動控制系統(tǒng)通常由常規(guī)檢測儀表、電氣傳動系統(tǒng)及以計算機為主體設

備的分布式控制系統(tǒng)共同組成。自動控制系統(tǒng)在系統(tǒng)應用功能上由4級組成。第

1級為現場檢測和傳動級，主要對工藝生產現場進行檢測和驅動;第2級為基礎

自動化級，主要完成生產過程的數據采集和初步處理，數據顯示和記錄，數據設

定，生產操作，執(zhí)行對生產過程的連續(xù)調節(jié)控制和邏輯順序控制;第3級為過程監(jiān)

控級，主要完成生產過程操作指導，作業(yè)管理，模型計算，數據處理及存儲；系

統(tǒng)與裝置4級為生產管理級，主要進行全廠生產信息管理?？刂葡到y(tǒng)采用高速數

據總線通信，并留有與其他生產及管理部門通信的接口。第1級屬于常規(guī)檢測儀

表及電氣傳動系統(tǒng)，第2?4級屬于分布式控制系統(tǒng)。

1.3高爐控制系統(tǒng)主要控制內容

按照功能和結構劃分，高爐系統(tǒng)分為四個分系統(tǒng)：槽下及上料控制系統(tǒng)、高

爐本體系統(tǒng)、熱風爐系統(tǒng)和除塵控制系統(tǒng)。

裝料自動控制，為保證高爐冶煉過程正常進行，必須使爐料保持一定的高度。

送風自動控制，從風口鼓入約1000?1200°C的熱風使焦炭燃燒。熱風溫度控制：

冷風經熱風爐加熱后的風溫并不是恒定的，開始時風溫高，以后則逐漸降低，用

風溫調節(jié)器控制摻入的冷風量便可使風溫保持恒定。

此外，爐頂煤氣的檢測和控制，爐頂煤氣的壓力和成分直接反映爐內的冶

煉情況。爐頂壓力調節(jié)裝置控制爐壓恒定，是確保爐料平穩(wěn)下降的重要措施。高

爐爐體設備管理，為延長高爐壽命，需要對爐體和設備進行監(jiān)控。常用各種熱傳

感器監(jiān)視爐缸、爐身、冷卻壁等爐體各部位的溫度，超限時作出報告；或用觸發(fā)

響應法對耐火磚殘存厚度進行測量監(jiān)視。風口是關鍵設備，需要經常監(jiān)視。用卡

門流量計或雙管電磁流量計檢測風口冷卻水的進出流量差，就能檢查風口冷卻套

是否破損。

高爐生產主體工藝系統(tǒng)包括:高爐礦、焦槽，上料（料車上料或皮帶機二料），

爐頂（無料鐘爐頂或鐘式爐頂），高爐本體，出鐵場，粗煤氣除塵煤氣清洗（文氏

管或比肖夫法），爐頂煤氣余壓發(fā)電（TRT），熱風爐，爐渣處理.，煤粉制備及噴

吹等。高爐生產主要的輔助工藝系統(tǒng)包括：高爐除塵系統(tǒng)，鼓風站，空壓站，

鍋爐房，水處理系統(tǒng)，碾泥機，鑄鐵機，檢、化驗設施，生活福利設施等。一般

地，高爐生產主體工藝系統(tǒng)與主要的輔助工藝系統(tǒng)分別由不同的控制系統(tǒng)進行

控制。

第2章高爐控制系統(tǒng)設計

2.1高爐系統(tǒng)控制分析

高爐控制一般采用探料尺在垂直方向周期地從爐頂探測料面高度和爐料下

降速度（采用微波式的或激光式的探料尺寸連續(xù)來測）。當爐料低于規(guī)定料面高

度時，上料系統(tǒng)開始裝料。機械式探料尺和上料系統(tǒng)采用無觸點的程序控制器或

可編程序控制器控制。為了提高裝料的精度，廣泛采用小型計算機控制爐料重量,

并把每次實際裝入漏斗的原料數量記錄下來，求出與裝料規(guī)定量之差，在下次稱

量時自動給以補正。計算機控制裝料還可將單位時間內各種原料的給定量、總重

量、水分含量、各原料倉的庫存量等裝料數據打印制表。

從風口鼓入約1000?1200°C的熱風使焦炭燃燒。為保持爐溫恒定，爐況平

穩(wěn)，須對熱風的溫度、濕度和富化處理進行控制。爐內反應過程的參數不能直接

檢測，所以控制系統(tǒng)尚未達到完善的程度，但已有數種爐況控制系統(tǒng)（如爐熱模

型系統(tǒng),GO-STOP系統(tǒng)）在高爐上獲得應用，其中以爐熱模型構成的系統(tǒng)應用較多。

爐熱模型系統(tǒng)以高爐煉鐵過程的物理化學反應為基礎，把高爐分為風口燃燒帶、

直接還原帶和間接還原帶，根據輸出輸入高爐的各種參數（如礦石焦炭裝入量、

風量、風溫、噴吹量、爐頂煤氣成分、渣鐵成分和生成量等）列出各反應區(qū)間的

物料平衡和熱量平衡方程組，然后求解這些方程組，便可得出爐中直接還原反

應帶的固體溫度和氣體溫度。

這些溫度代表爐熱的狀態(tài)，根據爐熱的變化自動調節(jié)送風參數（如風溫、噴

吹量等），改變風口送入的熱量，將爐熱控制在最佳狀態(tài)。為提高系統(tǒng)的挖制效

果，有時將理論模型與統(tǒng)計模型結合使用。這種閉環(huán)控制系統(tǒng)已被采用。GO-

STOP系統(tǒng)是以系統(tǒng)辨識方法來判斷爐況并構成閉環(huán)控制系統(tǒng)的。由于爐況控制

過程中有大量的計算工作，這種系統(tǒng)需要使用電子計算機。爐身靜壓力的變化

也是爐況的重要參數，常在爐身不同高度的圓周上檢測爐身的靜壓力。這一靜

壓力反映爐料的透氣性、氣流分布和軟熔帶根部位置的高度，是判斷爐況的重

要依據之一。根據爐料的透氣性，以爐頂壓力為調節(jié)手段可組成爐料透氣性調

節(jié)系統(tǒng)。保持透氣性恒定有助于爐料順利下降，保持爐況穩(wěn)定。

煉鐵是在高爐內進行還原反映過程，爐料、4石、燃料和熔劑從爐頂設備裝

入爐內，從鼓風機來的冷風經熱風爐后，形成熱風從高爐風口鼓入，隨著焦炭燃

燒，產生熱煤氣由下向上運動，而爐料自上向下運動，相互接觸，進行熱交換，

逐步還原，最后到達爐子下部，還原成生鐵，同時形成爐渣。積聚在爐缸的鐵水

和爐渣分別由鐵口和出渣口放出o

高爐過程檢測和控制的主要項目可分為，監(jiān)視爐內反應、穩(wěn)定高爐操作、保

護爐體及人身安全等幾類，因此高爐檢測儀表及控制系統(tǒng)的選擇十分重要，它直

接關系到高爐的正常生產，爐體維護及設備保護。

高爐程控系統(tǒng)設計為一個開放的系統(tǒng)，工業(yè)以太網、PROFIBUS-DP總線網絡

是目前應用最廣泛和開放性最好的工業(yè)通訊網絡，系統(tǒng)軟件支持DDE、OPC、ODBC、

SQL,且提供豐富的API編程接口，可以方便地進行系統(tǒng)擴展或與全廠輔控網、

M1S和其他子系統(tǒng)進行無縫連接。

2.2儀表的選擇

利用電磁流量計對高爐冷卻水系統(tǒng)進行流量參數的監(jiān)測，同時根據這些數據

以及歷史記錄和人工設定參數等進行分析和比較，確認高爐冷卻水系統(tǒng)運行狀

態(tài)，并對不佳狀態(tài)進行必要的調整。我們通過在冷卻器進水或出水支管上安裝流

量計來獲取流量值。

對高爐冷卻水系統(tǒng)的控制與調節(jié)中主要是對水流量進行調節(jié)，調節(jié)冷卻水流

量的主要手段是調節(jié)控水閥門的開度和啟動加壓泵加大進水壓力兩種方式。

2.3傳感器的選型

利用數字化溫度傳感器對高爐冷卻水系統(tǒng)進行溫度的監(jiān)測，同時根據這些數

據以及歷史記錄和人工設定參數等進行分析和比較，確認高爐冷卻水系統(tǒng)運行狀

態(tài)，并對不佳狀態(tài)進行必要的調整。我們通過在進水和出水分別安裝溫度傳感器

來獲取進出水溫度，通過計算得到溫差。

測溫傳感器采用的是美國進口的數字式溫度傳感元件，其精度高，抗干擾能

力強，測溫范圍廣等特點使得在低溫測量系統(tǒng)中用量非常大。其外殼采用不銹鋼

制成，防水、耐腐蝕，可以在環(huán)境惡劣的測溫環(huán)境下使用。該探頭安裝簡單，拆

換方便，可維護性好。

溫度采集器的作用包括給數字化溫度傳感器提供電源，對多個數字化溫度傳

感器進行溫度采集并按照次序存貯到，采用先進的Lonworks技術，保證了系統(tǒng)

的高速交換和數據采集，增強了系統(tǒng)的可靠性。溫度采集器使用防水標準的機

殼，可適應現場的惡劣環(huán)境，密閉性好，防熏蒸。而且溫度采集器帶有過壓、

過流、突波、隔離、雷擊保護電路。測溫傳感器通過總線連接器連接到溫度采

集器，連接電纜長度最長可達100米，每個溫度采集器可連接20個溫度傳感

器。

水泵繼電控制器接受上位機命令，按照命令執(zhí)行閉合或斷開加壓水泵的控制

繼電器，從而控制加壓泵的后停。

第3章基于組態(tài)王的高爐系統(tǒng)監(jiān)控程序設計

3.1主控界面設計

通過“組態(tài)王6.53”圖庫中提供各類圖形以及超級文本顯示控件及相關函

數完成對生產過程動態(tài)模擬顯示。同時，采用“組態(tài)王”提供圖形對象與變量之

間豐富動畫連接類型實現了對高爐現場運行狀態(tài)監(jiān)視。

定義設備配置，如下圖3-1及圖3-2所示。

一

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三

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圖3-1設備配置圖3-2通信參數

定義數據變量，彈話框如圖3-3所示。

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雪設置開發(fā)系統(tǒng)

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圖3-3定義數據變量

在“組態(tài)王6.53”選擇“新建”按鈕，選“下一步”，并填入工程名稱及其

儲存路徑，再選“下一步”，從而完成新建工程。并設新建工程為組態(tài)王當前工

程。工程瀏覽器是組態(tài)王6.53的集成開發(fā)環(huán)境。在這里你可以看到工程各組成

部分包括Wed、文件、數據庫、設備、系統(tǒng)設置、SQL訪問管理器，都在游覽器

左側，其實用同相indows的資源管理器類似如圖3-6所示。從而編輯該工程。

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圖3-4工程管理器圖3-5工程游覽器

點擊左側“畫面”，雙擊“新建”，建立新的“開發(fā)系統(tǒng)”，根據“調色

板”，“工具箱”以及菜單中的“圖庫”中“打開圖庫”彈出“圖庫管理器”

來編輯“高爐工藝圖”，成果如圖所示。再進行器件動畫連接，和液體流動動

畫設置以及一系列連接，選擇“文件”菜單“全部存”命令將所完成的畫面進

行保存，高爐工藝圖如圖3-6所示。

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圖3-6高爐工藝圖

可將高爐流量、壓力、溫度等參數集中送往計算機進行處理，以實現顯示、

打印、貯存、繪制歷史記錄曲線等功能，省掉了大量記錄儀、數顯表。既降低了

投資成本，又可使采集數據更直觀、準確、可靠。

3.2報警和趨勢界面設計

運行報警和事件記錄是控制軟件必不可少功能，當變量數值或數值變化異常

時，將產生報警，操作者采取必要措施。組態(tài)中報警和事件主要包括變量報警事

件、操作事件、用戶登錄事件和工作站事件。這些報警和事件，用戶可以方便監(jiān)

視和查看系統(tǒng)報警、操作和各個工作站運行情況°當報警和事件發(fā)生時，組態(tài)把

這些事件存于內存中緩沖區(qū)，報警和事件緩沖區(qū)中是以先進先出隊列形式存儲，

最近報警和事件內存中。當緩沖區(qū)達到一定數目或記錄定時時間到時，系統(tǒng)自動

將報警和事件信息寫到報警存儲文件、打印機或數據庫中（事先定義是否存儲到

義件、數據庫或直接輸出到打印機）。

在工程瀏覽器左側”工程目錄顯示區(qū)”選者“數據庫”中的“報警組合”選

項，在右側”目錄內容顯示區(qū)”雙擊“進入報警沮”圖標彈出“報警組定義”對

話框，如圖3-7所示。

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0發(fā)布歷史信息

O發(fā)布數裔M信息

噬著單機“修改”

選擇“化工廠”報警組，單擊“增加”按鈕增加此報警組的子報警組。單擊確認

按鈕關閉對話框，結束報警組的設置.，界面如圖所示。接著設置變量的報警屬

性，建立報警窗口，并且通過使用工具箱的工具進行設計，報表及趨勢曲線，

報表的報警有關設計過程如下：雙擊“報警窗口”對象，彈出報警窗口配置對

話框，編輯其屬性。單擊“文件”菜單中的“全部存”命令，保存你所做的設

置。單擊“文件，，中的“切換到view”，進入運行系統(tǒng)。系統(tǒng)默認運行的畫

而可能不是你剛剛編輯完成的“報警和事件畫面”，可通過“畫面”菜單中的

“打開”命令將其打開后方可運行，趨勢曲線的報警與報表的類似，界面圖如

3-8圖所示。

弟也丞站百ZJ

旅咎日期T報警時間撮警芙坦報簪值『舊值：

爐恩溫度爐底疆度低

I0/0TZ1315-32:￡&4非￡

tO/07/D1232Z0爐點湎度柄底滯:宇i任450.5

10/07/13L2.3Z:20冷風溫度冷風受圾面60.0

I00T/1312:32:20爐福溫度爐J成蚤度撻位4ED,5

10/07/131232:20爐質溫屋：爐I罰戔蜜低低luo.a

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L__________>

警的數目：63斜快蓉士玖區(qū)恒置：前面襁動J

圖3-8報警和趨勢界面

8

3.3歷史數據報表

通過“工具箱”的“報表窗口”建立一畫面名稱為歷史數據報表，可進行

報表設計，并進行編輯，輸入靜態(tài)文字并插入動態(tài)變量，單擊“文件”菜單中的

“切換到view”命令，進行運行系統(tǒng)，如不是剛剛編輯完成的，可通過“打開”

命令打開后方可運行。從而符合要求，畫面如3-9圖所示。

圖3-9系統(tǒng)歷史數據報表

系統(tǒng)檢測的所有數據都可以在日報表及月報表中按指定日、指定月進行查

詢。查詢時可以點擊主畫面左下方的相應按鈕即可進入查詢歷史數據的窗口。系

統(tǒng)具有查詢指定日期高爐各斷面的冷卻水進出水溫差記錄數據、日平均梯度和出

鐵記錄、日出鐵曲線的功能。

對任何月份的歷史數據與歷史曲線通過指定查詢月份即可調用查看。月報表

有高爐各斷面冷卻水進出水日平均溫差；每月各次出鐵平均溫度曲線；出鐵狀態(tài)

記錄（出鐵平均溫度、出鐵開始時間、出鐵結束時間、出鐵持續(xù)時間和出鐵狀態(tài)）

與軟水總溫差、高爐熱負荷的歷史曲線。

所有歷史數據與歷史曲線若需要打印保存，直接在查詢的當前界面中點擊打印按

鈕即可。

3.4實時數據報表

通過“工具箱”的“報表窗口”建立一畫面名稱為實時數據報表，可進行

報表設計，并進行編輯，輸入靜態(tài)文字并插入動態(tài)變量，單擊“文件”菜單中的

“切換到view”命令，進行運行系統(tǒng)，如不是剛剛編輯完成的，可通過“打開”

命令打開后方可運行。從而符合要求，畫面如3T0圖所示。

EUTCZ1-

實時數據表

日期：日期時間：時間

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11