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摘 要：随着科学技术的不断发展进步，人们对钢铁的产能与产品质量要求也一直在不停的提高，这加速了钢铁行业的快速发展。高炉喷吹焦炉煤气的工艺越来越广泛应用于我国冶金企业，而自动化控制系统是实现高炉喷吹焦炉煤气工艺目标不可缺少的控制解决方案。本文介绍了高炉喷煤技术发展趋势、以及高炉喷煤自动化控制系统的组成和功能。
关键词：高炉；喷煤；自动控制
一、高炉喷煤技术发展趋势
高炉喷煤技术是钢铁生产过程中大幅度降低焦比和生铁生产成本的重要技术措施，同时也是推动钢铁生产工艺流程技术更新升级的核心力量。自20世纪80年代初，高炉喷煤技术在钢铁生产工艺中得到广泛推广使用以来，在大量研发人员的共同努力下，各国钢铁厂的高炉喷煤量也有了很大提高。我国经过最近十来年的研发和工程实践，高炉喷煤技术也取得了很多令人满意的成果，推动钢铁生产的快速发展。富氧喷煤技术、氧煤喷吹技术、粒煤喷吹和配煤混合喷吹技术等新技术在钢铁生产高炉喷煤系统中得到广泛推广应用。高炉喷煤系统由于工作原理复杂、专业性较强等因素的影响，在钢铁生产自动控制系统中具有非常重要的地位，因而对整个高炉喷煤系统各环节动作保护的可靠性、灵敏性、精确性等均有很高的要求。高炉喷煤系统虽然整体结构较为复杂，但是各电气设备相互间的连锁工作原理较为简单，工艺流程较为系统。随着各种喷煤技术的不断开发和在工程实践中的广泛推广应用，高炉喷煤控制过程均离不开相应的自动控制系统，也就是说相应技术的产生必须有对应控制系统模型作为支撑，以发挥出其应有的功能效果。因此，在结合高炉喷煤系统的总体流程方案的基础上，构筑高效精确的高炉喷煤自动控制数据模型和计算机可视化监视控制系统是钢铁企业自动控制工作人员研究的一个重要课题。
二、高炉喷煤自动化控制系统的组成
高炉喷煤自动化控制系统包括两套PLC控制站，高炉喷煤PLC控制站和焦炉煤气加压站PLC控制站。高炉喷煤PLC控制站位于高炉主控室，焦炉煤气加压站PLC控制站位于焦炉煤气加压站控制室。2套PLC控制站之间通过光纤以太网进行联接，实现数据交换和共享，同时都为企业的能源管理中心预留了光纤以太网接口。
每套PLC控制站选用罗克韦尔公司ControlLogix5000系列PLC产品。所有控制站支持双机热备的冗余配置，即主控机架的处理器、电源、框架、远程I/O通讯网络、上位监控网络完全按照冗余配置。
PLC控制站与HMI操作站之间采用工业以太网EtherNet联接；控制站内部CPU主机架与远程I/O机架之间采用冗余的控制层网络ControlNet联接。
三、高炉喷煤自动化控制系统的功能
1、煤气加压功能
煤气加压站PLC系统控制多台空气压缩机运行，将较低压力的焦炉煤气经空气压缩机进行加压成为较高压力的煤气。
2、煤气输送功能
煤气加压站PLC系统控制煤气输送管道上的各类阀门选择正确的路由将煤气输送到多座炼铁高炉。
3、喷煤功能
高炉喷煤PLC系统控制喷煤工艺设备（煤气主管道上电动阀、喷吹支管上紧急切断阀、焦炉煤气快速切断阀、氮气主管道上气动球阀和高炉煤气压力电动调节蝶阀等）协调工作，将高压力的焦炉煤气喷吹进入高炉内部进行还原反应。
4、空气喷吹功能
高炉喷煤PLC系统控制空气喷吹工艺设备（空气主管道上电动阀、喷吹支管上紧急切断阀、空气管道快速切断阀和高炉煤气压力电动调节蝶阀等）协调工作，将高压力的空气喷吹进入高炉内部做为热风炉的热风的补充参加还原反应。
5、氮气吹扫功能
高炉喷煤PLC系统控制氮气管道上的快速切断阀对煤气/空气喷吹管道进行氮气吹扫。高炉煤气/空气喷吹管道在进行气体介质置换过程中，必须进行氮气吹扫，避免煤气与空气混合在高温下发生爆燃事故。在HMI画面上设置一个“氮气吹扫完毕确认”按钮，每次氮气吹扫工作结束后，要求操作员按下“氮气吹扫完毕确认”按钮，煤气主管道快切阀或空气主管道快切阀才能被操作打开，避免煤气与空气同时在喷吹主管道内混合的事故隐患。
6、安全联锁保护功能
①煤气主管道上的快速切断阀和压缩空气主管道上的快速切断阀彼此之间存在联锁关系，不能同时开启，可以同时关闭。当煤气主管道上的快速切断阀在打开状态时，压缩空气主管道上的快速切断阀不允许打开。当压缩空气主管道上的快速切断阀在打开状态时，煤气主管道上的快速切断阀不允许打开。
②当焦炉煤气压力低压高炉内气体压力时，煤气主管道快速切断阀和喷吹支管上紧急切断阀自动关断，防止高炉内废气倒灌入焦炉煤气管道中发生爆炸事故。
7、喷煤压力调节功能
高炉喷煤PLC系统控制高炉围管内的喷吹煤气压力要求必须高于高炉内炉压，保证煤气能喷入高炉内部，同时防止高炉内气体倒灌。高炉围管内的喷吹煤气压力的调节依靠调节阀实现，对调节阀可进行手动控制和PID自动控制。
8、工艺设备状态监视功能
在HMI操作站畫面上，可以对所有工艺设备的状态进行监视，主要参数有：煤气压力、空气压力、煤气流量、空气流量、煤气温度、空气温度、喷吹煤气主压（阀前）、喷吹煤气主压（阀后）、喷吹主管空气/煤气流量、高炉喷吹主管煤气/空气温度铂热电阻、1#-36#喷吹支管空气/煤气流量。
9、报警功能
当工艺设备发生故障时，PLC系统通过检测以HMI画面显示和声音提示两种形式向生产管理人员示警，保障生产管理人员采取快速的应对措施避免事故发生。报警信息被保存到数据库中以备查询和打印。
10、数据历史趋势
在HMI操作员站计算机上保存重要生产工艺数据并在HMI画面上以趋势曲线的形式显示出来，提供给高炉生产的管理者进行工况分析。
11、生产数据采集和记录功能
PLC系统对实时生产数据实施采集并上传到生产数据服务器内的数据库进行保存，为企业的MES生产制造执行系统、EMS能源管理系统和ERP系统提供有效的数据源。
12、通讯网络及数据交换功能
高炉喷煤PLC系统与煤气加压站PLC系统之间通过工业以太网进行数据交换，煤气加压站PLC系统所采集的仪表信号需要显示在高炉主控室内的喷煤HMI画面上。高炉喷煤自动化控制系统与MES生产制造执行系统之间采用工业以太网进行数据交换。高炉喷煤自动化控制系统与EMS能源管理系统之间采用工业以太网进行数据交换，喷煤流量、空气喷吹流量等重要能源数据上传给能源管理中心。
结束语
通过自动控制系统对高炉喷煤操作进行控制，不仅提高了高炉的工作效率，提升了人工劳效，降低了人员操作失误，而且优化了高炉喷煤工艺，并使其操作趋于简单化。因此，高炉喷煤采用自动控制系统增强了钢铁企业的竞争力，能够为社会和企业带来巨大的效益。
参考文献：
[1]崔桂梅，张轩，顾东洋.高炉冶炼喷煤操作模式匹配和演化的研究[J].冶金自动化，2014（04）
[2]曹京慧.高炉喷吹焦炉煤气技术[J].炼铁（双月刊），2009，28（5）
[3]俞浩.高炉电气自动控制系统设计实现[J].科技与创新，2015（10）
关键词：高炉；喷煤；自动控制
一、高炉喷煤技术发展趋势
高炉喷煤技术是钢铁生产过程中大幅度降低焦比和生铁生产成本的重要技术措施，同时也是推动钢铁生产工艺流程技术更新升级的核心力量。自20世纪80年代初，高炉喷煤技术在钢铁生产工艺中得到广泛推广使用以来，在大量研发人员的共同努力下，各国钢铁厂的高炉喷煤量也有了很大提高。我国经过最近十来年的研发和工程实践，高炉喷煤技术也取得了很多令人满意的成果，推动钢铁生产的快速发展。富氧喷煤技术、氧煤喷吹技术、粒煤喷吹和配煤混合喷吹技术等新技术在钢铁生产高炉喷煤系统中得到广泛推广应用。高炉喷煤系统由于工作原理复杂、专业性较强等因素的影响，在钢铁生产自动控制系统中具有非常重要的地位，因而对整个高炉喷煤系统各环节动作保护的可靠性、灵敏性、精确性等均有很高的要求。高炉喷煤系统虽然整体结构较为复杂，但是各电气设备相互间的连锁工作原理较为简单，工艺流程较为系统。随着各种喷煤技术的不断开发和在工程实践中的广泛推广应用，高炉喷煤控制过程均离不开相应的自动控制系统，也就是说相应技术的产生必须有对应控制系统模型作为支撑，以发挥出其应有的功能效果。因此，在结合高炉喷煤系统的总体流程方案的基础上，构筑高效精确的高炉喷煤自动控制数据模型和计算机可视化监视控制系统是钢铁企业自动控制工作人员研究的一个重要课题。
二、高炉喷煤自动化控制系统的组成
高炉喷煤自动化控制系统包括两套PLC控制站，高炉喷煤PLC控制站和焦炉煤气加压站PLC控制站。高炉喷煤PLC控制站位于高炉主控室，焦炉煤气加压站PLC控制站位于焦炉煤气加压站控制室。2套PLC控制站之间通过光纤以太网进行联接，实现数据交换和共享，同时都为企业的能源管理中心预留了光纤以太网接口。
每套PLC控制站选用罗克韦尔公司ControlLogix5000系列PLC产品。所有控制站支持双机热备的冗余配置，即主控机架的处理器、电源、框架、远程I/O通讯网络、上位监控网络完全按照冗余配置。
PLC控制站与HMI操作站之间采用工业以太网EtherNet联接；控制站内部CPU主机架与远程I/O机架之间采用冗余的控制层网络ControlNet联接。
三、高炉喷煤自动化控制系统的功能
1、煤气加压功能
煤气加压站PLC系统控制多台空气压缩机运行，将较低压力的焦炉煤气经空气压缩机进行加压成为较高压力的煤气。
2、煤气输送功能
煤气加压站PLC系统控制煤气输送管道上的各类阀门选择正确的路由将煤气输送到多座炼铁高炉。
3、喷煤功能
高炉喷煤PLC系统控制喷煤工艺设备（煤气主管道上电动阀、喷吹支管上紧急切断阀、焦炉煤气快速切断阀、氮气主管道上气动球阀和高炉煤气压力电动调节蝶阀等）协调工作，将高压力的焦炉煤气喷吹进入高炉内部进行还原反应。
4、空气喷吹功能
高炉喷煤PLC系统控制空气喷吹工艺设备（空气主管道上电动阀、喷吹支管上紧急切断阀、空气管道快速切断阀和高炉煤气压力电动调节蝶阀等）协调工作，将高压力的空气喷吹进入高炉内部做为热风炉的热风的补充参加还原反应。
5、氮气吹扫功能
高炉喷煤PLC系统控制氮气管道上的快速切断阀对煤气/空气喷吹管道进行氮气吹扫。高炉煤气/空气喷吹管道在进行气体介质置换过程中，必须进行氮气吹扫，避免煤气与空气混合在高温下发生爆燃事故。在HMI画面上设置一个“氮气吹扫完毕确认”按钮，每次氮气吹扫工作结束后，要求操作员按下“氮气吹扫完毕确认”按钮，煤气主管道快切阀或空气主管道快切阀才能被操作打开，避免煤气与空气同时在喷吹主管道内混合的事故隐患。
6、安全联锁保护功能
①煤气主管道上的快速切断阀和压缩空气主管道上的快速切断阀彼此之间存在联锁关系，不能同时开启，可以同时关闭。当煤气主管道上的快速切断阀在打开状态时，压缩空气主管道上的快速切断阀不允许打开。当压缩空气主管道上的快速切断阀在打开状态时，煤气主管道上的快速切断阀不允许打开。
②当焦炉煤气压力低压高炉内气体压力时，煤气主管道快速切断阀和喷吹支管上紧急切断阀自动关断，防止高炉内废气倒灌入焦炉煤气管道中发生爆炸事故。
7、喷煤压力调节功能
高炉喷煤PLC系统控制高炉围管内的喷吹煤气压力要求必须高于高炉内炉压，保证煤气能喷入高炉内部，同时防止高炉内气体倒灌。高炉围管内的喷吹煤气压力的调节依靠调节阀实现，对调节阀可进行手动控制和PID自动控制。
8、工艺设备状态监视功能
在HMI操作站畫面上，可以对所有工艺设备的状态进行监视，主要参数有：煤气压力、空气压力、煤气流量、空气流量、煤气温度、空气温度、喷吹煤气主压（阀前）、喷吹煤气主压（阀后）、喷吹主管空气/煤气流量、高炉喷吹主管煤气/空气温度铂热电阻、1#-36#喷吹支管空气/煤气流量。
9、报警功能
当工艺设备发生故障时，PLC系统通过检测以HMI画面显示和声音提示两种形式向生产管理人员示警，保障生产管理人员采取快速的应对措施避免事故发生。报警信息被保存到数据库中以备查询和打印。
10、数据历史趋势
在HMI操作员站计算机上保存重要生产工艺数据并在HMI画面上以趋势曲线的形式显示出来，提供给高炉生产的管理者进行工况分析。
11、生产数据采集和记录功能
PLC系统对实时生产数据实施采集并上传到生产数据服务器内的数据库进行保存，为企业的MES生产制造执行系统、EMS能源管理系统和ERP系统提供有效的数据源。
12、通讯网络及数据交换功能
高炉喷煤PLC系统与煤气加压站PLC系统之间通过工业以太网进行数据交换，煤气加压站PLC系统所采集的仪表信号需要显示在高炉主控室内的喷煤HMI画面上。高炉喷煤自动化控制系统与MES生产制造执行系统之间采用工业以太网进行数据交换。高炉喷煤自动化控制系统与EMS能源管理系统之间采用工业以太网进行数据交换，喷煤流量、空气喷吹流量等重要能源数据上传给能源管理中心。
结束语
通过自动控制系统对高炉喷煤操作进行控制，不仅提高了高炉的工作效率，提升了人工劳效，降低了人员操作失误，而且优化了高炉喷煤工艺，并使其操作趋于简单化。因此，高炉喷煤采用自动控制系统增强了钢铁企业的竞争力，能够为社会和企业带来巨大的效益。
参考文献：
[1]崔桂梅，张轩，顾东洋.高炉冶炼喷煤操作模式匹配和演化的研究[J].冶金自动化，2014（04）
[2]曹京慧.高炉喷吹焦炉煤气技术[J].炼铁（双月刊），2009，28（5）
[3]俞浩.高炉电气自动控制系统设计实现[J].科技与创新，2015（10）