中国柳州钢铁公司高炉控制系统改造

背景

中国柳州钢铁公司位于广西省，土要生产造船业所需的厚钢板，是中国土要厚钢板供应商一。由于该公司最近实施了一系列技术革新项目，现在每年钢产量可达一百万吨，产品远销日本、德国、新加坡和泰国。在这些技术革新项目中，是重要的就是目前正在进行的大型钢铁高炉的改造，这一改造包括将现有的高炉从四个增加到五个。

高炉的功能就是利用铁矿石、焦炭和助熔剂等原材料生产铁水，原材料从高炉顶部填入，热风则在控制下连续从高炉底部灌入。经过一系列化学反应，铁水和炉渣最后沉积在炉底，然后定时从炉中撤出。高炉的性能能够通过利用系数很好地表示出来，即生产量(吨旧卢高炉容量(立方米)之比。

除高炉的土室外，该设备还包括许多辅助操作。例如，配备热风炉预先加热空气以启动化学反应，同时使用除尘系统去除高炉燃气中的灰尘微粒，然后再用其加热热风炉。

挑战

1997年，柳州钢铁公司为提高总产量和设备可靠性，决定对高炉选择操作的控制系统进行改造。改造项目的一个关键部分是于2001年5月安装第五个高炉(BF5)高炉安装的一个土要内容是安装一个高炉控制系统，相比正用于BF1,3和4的手动系统，改造后的控制系统能够实现更为精确的控制。手动控制要求操作人员不断地对设备进行监控，结果经常导致高炉出现300 C左右的波动。此外，对高炉BF1,3和4的热风炉温度控制不能达到每月三次，这将减少钢铁产量。而且热风炉要花大约八个小时的时问才能重新达到全负载的状态。

改造后的控制系统也比以前用于高炉BF2的基于可编程逻辑控制器的解决方案的效率更高，后者的梯形逻辑的限制导致了程序设计上的麻烦。柳州钢铁厂发现，BF2采用了第三方的用于扩展逻辑的可编程逻辑控制器和PDF后，并不能达到理想的效果。最后，为便于材料处理设备将原材料通过无轨矿车输送到高炉顶部，新控制系统需与原控制系统融合在一起。此外，诸如CPU、通讯模块和I/P等控制部件能够在动力负荷下进行更换以保证二十四小时无间断生产，这一点是非常关键的。

解决方案

罗克韦尔自动化系统集成深圳达实自动化工程公司与柳州钢铁厂合作，对新的热风炉实现自动化控制。由于基于可编程逻辑控制器的解决方案使高炉BF2陷入扩展逻辑的困境，柳州钢铁公司不再采用基于PLC的解决方案以及与此相联系的PID控制，而采用罗克韦尔自动化公司的分布式控制系统(DCS)，Allen一Bradley ProcessLogix解决方案。

ProcessLogix是一个全集成模块化的连网监控系统，该系统能够提供健全可靠的分布式控制。之所以选择ProcessLogix系统，主要是因为该系统能与BF5的新材料负载控制系统相互兼容，这一新材料负载控制系统是以第三方可编程逻辑控制器为基础的。由Rockwell Au-tomation Encompass合作伙伴SS丁提供的通信模块能够在这两个系统问实现通信。

B F 5的控制系统由ProcessLogix的三个控制部分组成:高炉土室键工艺变量为温度、压力、材料流量和燃气;热风炉预先加热和将热风送入高炉的关键阶段除尘系统。ControlNet是通信的关键所在，它以开放式连网系统为基础，该系统能够实现对等网络通信，还能够包含四个人机界面(HMI)站(服务器一个，客户三个)。这种解决方案允许对处理器和公用平台上的人机界面进行程序设计，从而节约了程序设计时问，并能够在负载状态下和确定性网络中进行更换。

ProcessLogix控制系统配备有四个手动调节器，它们能够对四个热风炉的关键性参数提供后备监控:热风炉温度、热风炉压力、高炉顶部压力和热风炉流速。所有其它参数则由ProcessLogix直接提供，它相当于50个手动调节装置，对高炉的控制精确度可达到5C左右。

成绩

柳州钢铁公司工程师梁先生说，使用该控制系统后，高炉BF5的产量提高了。高炉每小时生产铁水1300吨，如果把BF高炉的容量更大的因素考虑进去，则可达到3.42的利用率，而BF1-4的利用率只有3.27 0与目前的高炉性能相比，每天提高产量50吨以上，每月产量增加1500吨，折算产值则为每月增产570,000美元。

除全面提高了设备性能外，ProcessLogix控制系统在高炉控制的维护方面表现出了更高的可靠性。“手动调节的高炉，每月都要发生两至三次的热风炉温度控制故障”梁先生说，“每次热风炉都要花大约八个小时的时问才能恢复到全负载状态”。这种情况下，每次产量减少一半，只能达到21吨/小时，相当于32.000美元。

但这种故障从未在新建的高炉BF5出现过一次，为此柳州钢铁厂又计划在手动控制的高炉(B F1,3,4)上安装类似的控制系统。安装后，预计每月可减少由于故障停工造成的损失96,000美元，改善高炉的综合性能，使高炉每日产量达到约1050吨。