双指针上料矩阵在大型高炉中的应用

夏 伟

（中冶华天工程技术有限公司，江苏 南京 210019）

1 高炉上料工艺介绍

大中型高炉的自动控制系统由上料、本体、热风炉、公辅系统组成，其中上料系统是其中的核心组成部分。土耳其伊斯梅尔3 000立方高炉，槽下采用皮带上料方式，炉顶采用PW公司的串罐无料钟炉顶。在高炉正常运行条件下，整个上料过程是连续不间断的过程。当炉顶发出上料信号，槽下各矿仓根据上料矩阵的设定，依次或同时打开闸门。放出原料在皮带上首尾相继，或者根据矩阵设置进行叠料。当整体料条的料头和料尾依次进入上料罐时，发出上料罐有料信号。当下料罐放完一批料后发出料空信号时，打开均压放散阀对料罐进行卸压，依次打开上密封阀及上料闸，上料罐中炉料依靠重力装入下料罐。装料完毕后，关闭上料闸、上密封阀和均压放散阀，并打开一次均压阀，充入荒煤气对下料罐进行一次均压，使下料罐压力达到略低于炉顶压力。当探尺探料降至设定料线深度时，发出提探尺信号，同时关闭一次均压阀，打开二次均压阀使用氮气进行二次均压，使罐内压力略超过炉顶压力。探尺提到等待位后，待溜槽倾动到a角，并旋转至设定的角度b后，打开下密封阀和料流调节阀，用料流调节阀的开度大小r控制料流速度，炉料由布料溜槽布入炉内。

2 本项目对高炉上料系统的特殊要求

由于本项目的自动化系统需要与外方设计的高炉专家系统对接，为此统一设计了上料、热风炉、本体各子系统与专家系统的通讯接口。该专家系统，在上料系统部分，只提供了各料批的原料种类和重量，如何分配到各个矿仓，需要一级系统解决。

目前国内传统的高炉上料系统，在设计配料矩阵时，以称量斗为核心。配料矩阵中的元素是称量斗的序号，矩阵运转时，PLC程序寻找相应的称量斗进行放料；同时备料不受控制，只要称量斗放空，即开始备料。而这种上料系统，无法与外方提供的高炉专家系统实现对接。为此，一级控制系统编程人员设计了一种新型的上料方式，解决了这个问题。

3 自动控制系统构成

该项目自动化系统，采用热备冗余的PLC系统，网络系统采用双网双冗余模式，即PLC网络采用ProfibusDP双网系统，HMI网络采用以太网双网形式，通过两台热备服务器实现全厂的数据监控。软件上采用西门子PCS7系统开发PLC控制软件及监控画面。如图1。

图1

4 双指针上料矩阵介绍

双指针上料矩阵，采用以原燃料种类信息为中心的配置方法，简称“认料不认斗”方式。根据接收到的高炉专家系统提供的料单中的料种信息以及下料重量，PLC程序遍历各原燃料矿仓的当前状态及对应的称量斗的状态，自动计算出需要用到的称量斗，每个用到的称量斗应该备多少料。该上料矩阵在运行时，备料和放料分开进行，在程序实现中各有一个指针，简称双指针上料矩阵。

5 与传统上料矩阵的区别与对比

传统上料矩阵，以称量斗为中心，根据输入的上料矩阵，设置两个矩阵指针—料批指针和料组指针。料组指针根据输入的矩阵，指向某个称量斗，进行放料，待该称量斗放空后，指针步进，指向下一个称量斗，依次类推，直到该料组中所有的称量斗都放料完毕。此时，料批指针步进。所有的称量斗一放空，即开始备料，不管下一批料中是否使用。而双指针上料矩阵，以料种为中心，上料矩阵中设定的是料的种类和相应的重量。放料和备料分开进行，因此采用两组料批指针和料组指针。流程图如图2。

6 结语

双指针上料矩阵，实现了“认料不认斗”的上料方式，不仅实现了与高炉专家系统的有效对接，而且提高了高炉上料矩阵设置的灵活性，使操作人员和工艺人员更关注原燃料成分的配比，而不必过多地关注具体的各矿仓及称量斗的情况，同时只有原燃料信息及重量的上料矩阵，更便于对生产情况的统计和计算。除此之外，由于该新型上料矩阵，在配置时，与矿仓称量斗的序号无关，理论上可以向任意称量斗中备任意料，大大提高了设备的灵活性，在土耳其伊斯梅尔高炉实际生产中得到了验证。

图2

[1]炼铁工艺[M].冶金工业出版社.

[2]西门子PROFIBUS工业通信指南[M].人民邮电出版社.