中國柳州鋼鐵公司高爐控制系統改造

背景

中國柳州鋼鐵公司位于廣西，土要生產造船業所需的厚鋼板，是中國土要厚鋼板供應商一。由于該公司最近實施了一系列技術革新項目，現在每年鋼產量可達一百萬噸，產品遠銷日本、德國、新加坡和泰國。在這些技術革新項目中，是重要的就是目前正在進行的大型鋼鐵高爐的改造，這一改造包括將現有的高爐從四個增加到五個。

高爐的功能就是利用鐵礦石、焦炭和助熔劑等原材料生產鐵水，原材料從高爐頂部填入，熱風則在控制下連續從高爐底部灌入。經過一系列化學反應，鐵水和爐渣最后沉積在爐底，然后定時從爐中撤出。高爐的性能能夠通過利用系數很好地表示出來，即生產量(噸舊盧高爐容量(立方米)之比。

除高爐的土室外，該設備還包括許多輔助操作。例如，配備熱風爐預先加熱空氣以啟動化學反應，同時使用除塵系統去除高爐燃氣中的灰塵微粒，然后再用其加熱熱風爐。

挑戰

1997年，柳州鋼鐵公司為提高總產量和設備可靠性，決定對高爐選擇操作的控制系統進行改造。改造項目的一個關鍵部分是于2001年5月安裝第五個高爐(BF5)高爐安裝的一個土要內容是安裝一個高爐控制系統，相比正用于BF1,3和4的手動系統，改造后的控制系統能夠實現更為精確的控制。手動控制要求操作人員不斷地對設備進行監控，結果經常導致高爐出現300 C左右的波動。此外，對高爐BF1,3和4的熱風爐溫度控制不能達到每月三次，這將減少鋼鐵產量。而且熱風爐要花大約八個小時的時問才能重新達到全負載的狀態。

改造后的控制系統也比以前用于高爐BF2的基于可編程邏輯控制器的解決方案的效率更高，后者的梯形邏輯的限制導致了程序設計上的麻煩。柳州鋼鐵廠發現，BF2采用了第三方的用于擴展邏輯的可編程邏輯控制器和PDF后，并不能達到理想的效果。最后，為便于材料處理設備將原材料通過無軌礦車輸送到高爐頂部，新控制系統需與原控制系統融合在一起。此外，諸如CPU、通訊模塊和I/P等控制部件能夠在動力負荷下進行更換以保證二十四小時無間斷生產，這一點是非常關鍵的。

解決方案

羅克韋爾自動化系統集成深圳達實自動化工程公司與柳州鋼鐵廠合作，對新的熱風爐實現自動化控制。由于基于可編程邏輯控制器的解決方案使高爐BF2陷入擴展邏輯的困境，柳州鋼鐵公司不再采用基于PLC的解決方案以及與此相聯系的PID控制，而采用羅克韋爾自動化公司的分布式控制系統(DCS)，Allen一Bradley ProcessLogix解決方案。

ProcessLogix是一個全集成模塊化的連網監控系統，該系統能夠提供健全可靠的分布式控制。之所以選擇ProcessLogix系統，主要是因為該系統能與BF5的新材料負載控制系統相互兼容，這一新材料負載控制系統是以第三方可編程邏輯控制器為基礎的。由Rockwell Au-tomation Encompass合作伙伴SS丁提供的通信模塊能夠在這兩個系統問實現通信。

B F 5的控制系統由ProcessLogix的三個控制部分組成:高爐土室鍵工藝變量為溫度、壓力、材料流量和燃氣;熱風爐預先加熱和將熱風送入高爐的關鍵階段除塵系統。ControlNet是通信的關鍵所在，它以開放式連網系統為基礎，該系統能夠實現對等網絡通信，還能夠包含四個人機界面(HMI)站(服務器一個，客戶三個)。這種解決方案允許對處理器和公用平臺上的人機界面進行程序設計，從而節約了程序設計時問，并能夠在負載狀態下和確定性網絡中進行更換。

ProcessLogix控制系統配備有四個手動調節器，它們能夠對四個熱風爐的關鍵性參數提供后備監控:熱風爐溫度、熱風爐壓力、高爐頂部壓力和熱風爐流速。所有其它參數則由ProcessLogix直接提供，它相當于50個手動調節裝置，對高爐的控制精確度可達到5C左右。

成績

柳州鋼鐵公司工程師梁先生說，使用該控制系統后，高爐BF5的產量提高了。高爐每小時生產鐵水1300噸，如果把BF高爐的容量更大的因素考慮進去，則可達到3.42的利用率，而BF1-4的利用率只有3.27 0與目前的高爐性能相比，每天提高產量50噸以上，每月產量增加1500噸，折算產值則為每月增產570,000美元。

除全面提高了設備性能外，ProcessLogix控制系統在高爐控制的維護方面表現出了更高的可靠性。“手動調節的高爐，每月都要發生兩至三次的熱風爐溫度控制故障”梁先生說，“每次熱風爐都要花大約八個小時的時問才能恢復到全負載狀態”。這種情況下，每次產量減少一半，只能達到21噸/小時，相當于32.000美元。

但這種故障從未在新建的高爐BF5出現過一次，為此柳州鋼鐵廠又計劃在手動控制的高爐(B F1,3,4)上安裝類似的控制系統。安裝后，預計每月可減少由于故障停工造成的損失96,000美元，改善高爐的綜合性能，使高爐每日產量達到約1050噸。