炉前三大机之泥炮机控制系统的研究Word文档格式.doc

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0前言

首钢迁钢炼铁分厂3#高炉引进德国TMT公司的炉前三大机泥炮机、开口机、移盖机系统，应用此系统标志着首钢迁钢自动化炼铁技术又实现了一个新的突破。

在炉前TMT三大机自动化控制中，这套设备的工艺复杂、要求严格、安全系数高、连锁关系繁多、控制设备及网络复杂、自动化程度高，是一项较难消化吸收与应用的项目。

泥炮是高炉炉前最主要的设备，它主要负责关闭铁口。

泥炮现场工作环境恶劣，工作任务重要，所以它最主要的因素就是可靠性与安全性。

确保泥炮正常运行，是高炉正常生产的重要保障。

通过下图表示铁口是高炉是唯一出产品的地方，高炉内铁水和铁渣只能通过铁口排除，必须保证炉前设备正常工作，才能保证高炉正常运转。

图1炼铁高炉

Fig.1Blastfurnace

1炉前系统介绍

1.1一、二号炉炉前设备介绍

一、二号高炉采用通用的液压泥炮、开口机、凿岩机，手动操作液压阀控制炉前设备运转，无自动化检测和控制，三大机缺乏安全保证和操作依据，全凭经验操作，主观意识太强，所以设备故障率高，可靠性差。

控制框图及现场设备图如下：

炉前液压站

手动操作台

阀台

现场设备

图1控制框图

Fig.1control-menubox 

图2现场设备

Fig.2localeequipment

1.2三炉炉前三大机系统介绍

三高炉炉前TMT系统采用西门子S7—400PLC控制，两套PLC通过DP网络进行数据交换，每套都由通讯模块IM460和两个IM461连接两个子站，两块功能模块FM451采集现场6个编码器的信号。

两个交换机把PLC数据上传到上位机和三高炉环网，上位用WinCC操作。

组成两套控制系统E10、E11和E20、E21，两套液压站，四套出铁场设备TM1、TM2、TM3和TM4，四套开口机雾化装置，四套泥炮机恒温装置。

现场设备都是由液压提供动力，自动化主要通过控制阀台的电磁阀、比例阀来控制液压驱动现场设备动作。

其中E10、E11电气自动化控制系统控制1#液压站，控制出铁场设备TM1、TM4及附属装备雾化装置和恒温装置；

E20、E21电气自动化控制系统控制2#液压站，控制出铁场设备TM2、TM3及附属装备雾化装置和恒温装置。

电气MCC柜为所有设备提供电源，包括液压泵电机、现场润滑泵电机供电、现场水泵电机供电和自动化控制系统供电。

自动化控制柜是TMT系统控制中心，负责采集现场信号、控制现场设备。

系统框图如下所示：

图3设备控制框图

Fig.3Devicecontrolblockdiagram

PLC1

PLC2

交

换

机

1

2

备用

三高炉主控室

以太网

DP网

多模光纤网

硬件组态网

HMI上位机1

HMI上位机2

进高炉环网

图4TMT网络图

Fig.5TMTnetworkdiagram

炉前TMT三大机有三种操作方式：

操作台操作、HMI操作、遥控器操作，每一种操作方式有三种操作模式：

正常模式、覆盖模式、安装模式。

正常模式：

此模式下操作是非常安全的，所有的机械动作都有连锁，机械的每一步动作必须按顺序操作到位，主要连锁都是通过现场的压力变送器和编码器来实现。

正常生产都用正常模式，这样能确保人身、设备的安全。

覆盖模式：

此模式已没机械连锁，所有的编码器都没连锁，但还有一部分压力变送器参与连锁，机械的每一步动作都是单独执行，且动作都变慢了。

这是一种非正常、不安全的操作模式，用于非正常操作设备。

安装模式：

这种模式不能用于生产，因为它的动作太慢，只用于设备的安装调试，此模式也没连锁。

操作台还有一种操作模式——紧急模式：

此模式不需PLC控制，所有的动作都是通过操作台按钮控制继电器和模拟信号发生器，这些设备直接控制液压阀。

所以这种模式没有连锁保互，一般用于紧急情况，如PLC停止或损坏，也可以用于设备的紧急撤回。

下图是TMT操作台、遥控器设备图：

图5。

TMT操作台、遥控器

Fig.5TMTmaindesk、romotecontrol

TMT采用的两套液压站输出压力最高315bar，为设备提供强大的动力，保证在堵铁口时，泥炮能快速旋转到铁口，有足够的动力保证泥炮打泥时不会跑泥和退炮（堵铁口时跑泥或退炮,可造成打泥压力和打泥量不足,造成铁口孔道内有积铁,造成下次开口机难度提供），保护炉门正常。

两套液压站互为备用，其中任何一套出现故障时，只要倒换几个液压手动阀，就能实现备用功能，提供炉前设备的稳定和可靠性。

下图是液压站和阀台设备图：

图6。

TMT液压站、阀台

Fig.6TMThydraulicsystem、valve 

desk

1.3总结

炉前工作是一项非常重要而又有危险的活，而出铁口是炉缸最薄弱的部位，搞好炉门操作与维护是炉前的关键环节也是高炉生产的重要保证，炉内顺行的重中之重,只有炉门正常，才能保证炉内顺稳、不憋风、多下料。

炉前设备是完成炉前工作的重要设备，他们的稳定运行直接关系到高炉运行状况。

从上面的介绍就能知道，三炉采用的都是业界最先进的设备和技术，相比一、二炉的设备，三炉炉前设备加入自动化控制、先进的机器制造技术，对设备有一个质的飞跃，这样不但可以减少操作人员，还提高设备的稳定性及人身安全，最终可以提高铁水生产效率。

2泥炮功能与应用

2.1主要工作

此论文的重要意义就是通过学习和解读首钢迁钢3#高炉炉前TMT泥炮、开口机、移盖机自动控制系统、生产工艺及控制思想，研读德国TMT公司炉前三大机之泥炮机的基础自动化控制系统的程序，掌握其控制原理和思想，实现由初步的消化吸收，升级到能够自主进行炉前TMT三大机之泥炮机的自动化系统改造以及开发的目标。

2.2泥炮功能

炉前一共有四个出铁口，每个出铁口都有一套开口机、泥炮机、移盖机，泥炮的主要功能就是关闭高炉出铁口，防止出完铁水后喷出炉内焦炭以及矿物质。

下面介绍泥炮的主要参数和功能：

泥炮机工作参数：

机器运行液压压力：

315bar、打泥量：

0—300L、泥炮旋转角度范围：

1—147°

，泥炮还具有检测、实时显示和记录旋转压力、打泥压力、炮泥数量、打泥速度和其他参数的功能。

泥炮本身也有冷却/加热水系统、润滑系统等保护系统。

图7.泥炮

Fig7.ClayGun

2.2泥炮应用

泥炮主要作用就是在高炉某个铁口出完铁水时，把事先泥缸里填满的炮泥打入铁口中，在这个过程中HMI实时显示泥炮选择角度和记录泥炮打泥压力和打泥量，以便生产人员分析铁口状况。

下图是铁口切面图：

1－炉缸焦炭；

2－炉墙渣皮；

3－旧堵泥；

4－残存的炉堵砖；

5－出铁时泥包被渣铁侵蚀变化情况；

6－残存的炉底砖；

7－新堵泥

.

图8.出铁口

Fig8.Taphole

泥炮操作顺序：

1．操作泥炮时确保所有的设备都在初始状态（设备休息位置），液压站设备正常运行，输出油压在315bar，此时阀台泥炮机系统压力变送器显示315bar。

2．选择操作方式，操作台操作、遥控器操作、电脑操作，操作方式确认。

选取泥炮机操作，选取设备确认，现场信号指示红灯常亮。

3．泥炮准备就绪后，即可操作泥炮机向前旋转，先控制旋转压力先导阀打开，同时旋转比例阀控制按照程序设定开启，当编码器位置到达软接触点7572时（从休息位置到工作位置距离是8620，每次堵铁口时软接触点都是不一样的，它有一个自学习过程），开始控制旋转比例阀减速到压实到位。

当旋转编码器位置大于7500并且压实力（旋转向前压力）大于220bar，泥炮到工作位，此时比例阀开最大，保证泥炮在打泥时不会退炮。

4．当泥炮机压到位时，此时开始打泥，程序先开打泥先导阀，输出液压后再控制打泥比例阀，开始打泥堵铁口。

同时显示打泥数量、速度和打泥压力。

下图是打泥数量和打泥压力实时记录曲线。

图9.泥炮打泥压力、数量记录曲线

Fig9.Themudgunfightmudpressure,thenumberofrecordedcurve

3泥炮程序控制

泥炮的主要程序功能块，是控制泥炮的核心部件，包括泥炮的旋转、泥炮软接触、泥炮打泥、泥炮恒温柜控制、打泥计算等，下面解读一部分程序：

图10.泥炮主要程序块

Fig10。

hemainProgramblockofclaygun

FC150泥炮旋转功能块

转进：

当电源系统正常、液压系统正常并选择泥炮操作时，此时备用泵启动，和主泵一起输出压力315bar；

此时选中操作台或遥控器后泥炮允许操作（M150.0）；

当操作员操作转进时，并且开口机在休息位、移盖机在休息位、开口机小车在休息位，以上条件满足时转进中间点M150.0得电，打开泥炮旋转先导阀（Q0.0）；

此时如果泥炮转进未到减速点（编码器角度大于120°

减速，距离铁口300），泥炮比例阀会给出85%输出快速转进，当泥炮旋转角度大于减速点（到减速点后不再需要操作人员给转进操作，程序会保持转进状态）、并未到压实角度时，泥炮比例阀会给出40%输出慢速转进软接触铁口，到压实角度时泥炮比例阀会给出60%输出压实转进，当转进压力大于250bar两秒后，泥炮压实铁口，先导阀、比例阀输出保持，转进操作完毕。

转退：

此时选中操作台或遥控器后泥炮允许操作；

当操作员操作转退时，并且开口机在休息位、移盖机在休息位、开口机小