背景

中國柳州鋼鐵公司位于廣西，土要生產(chǎn)造船業(yè)所需的厚鋼板，是中國土要厚鋼板供應(yīng)商一。由于該公司最近實施了一系列技術(shù)革新項目，現(xiàn)在每年鋼產(chǎn)量可達(dá)一百萬噸，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷日本、德國、新加坡和泰國。在這些技術(shù)革新項目中，是重要的就是目前正在進(jìn)行的大型鋼鐵高爐的改造，這一改造包括將現(xiàn)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(chǎn)鐵水，原材料從高爐頂部填入，熱風(fēng)則在控制下連續(xù)從高爐底部灌入。經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)，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(shù)很好地表示出來，即生產(chǎn)量(噸舊盧高爐容量(立方米)之比。

除高爐的土室外，該設(shè)備還包括許多輔助操作。例如，配備熱風(fēng)爐預(yù)先加熱空氣以啟動化學(xué)反應(yīng)，同時使用除塵系統(tǒng)去除高爐燃?xì)庵械幕覊m微粒，然后再用其加熱熱風(fēng)爐。

挑戰(zhàn)

1997年，柳州鋼鐵公司為提高總產(chǎn)量和設(shè)備可靠性，決定對高爐選擇操作的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造項目的一個關(guān)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(nèi)容是安裝一個高爐控制系統(tǒng)，相比正用于BF1,3和4的手動系統(tǒng)，改造后的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更為精確的控制。手動控制要求操作人員不斷地對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，結(jié)果經(jīng)常導(dǎo)致高爐出現(xiàn)300 C左右的波動。此外，對高爐BF1,3和4的熱風(fēng)爐溫度控制不能達(dá)到每月三次，這將減少鋼鐵產(chǎn)量。而且熱風(fēng)爐要花大約八個小時的時問才能重新達(dá)到全負(fù)載的狀態(tài)。

改造后的控制系統(tǒng)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(dǎo)致了程序設(shè)計上的麻煩。柳州鋼鐵廠發(fā)現(xiàn)，BF2采用了第三方的用于擴(kuò)展邏輯的可編程邏輯控制器和PDF后，并不能達(dá)到理想的效果。最后，為便于材料處理設(shè)備將原材料通過無軌礦車輸送到高爐頂部，新控制系統(tǒng)需與原控制系統(tǒng)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(fù)荷下進(jìn)行更換以保證二十四小時無間斷生產(chǎn)，這一點是非常關(guān)鍵的。

解決方案

羅克韋爾自動化系統(tǒng)集成深圳達(dá)實自動化工程公司與柳州鋼鐵廠合作，對新的熱風(fēng)爐實現(xiàn)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(kuò)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(lián)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(tǒng)(DCS)，Allen一Bradley ProcessLogix解決方案。

ProcessLogix是一個全集成模塊化的連網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠提供健全可靠的分布式控制。之所以選擇ProcessLogix系統(tǒng)，主要是因為該系統(tǒng)能與BF5的新材料負(fù)載控制系統(tǒng)相互兼容，這一新材料負(fù)載控制系統(tǒng)是以第三方可編程邏輯控制器為基礎(chǔ)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(tǒng)問實現(xiàn)通信。

B F 5的控制系統(tǒng)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?xì)?熱風(fēng)爐預(yù)先加熱和將熱風(fēng)送入高爐的關(guān)鍵階段除塵系統(tǒng)。ControlNet是通信的關(guān)鍵所在，它以開放式連網(wǎng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對等網(wǎng)絡(luò)通信，還能夠包含四個人機(jī)界面(HMI)站(服務(wù)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(jī)界面進(jìn)行程序設(shè)計，從而節(jié)約了程序設(shè)計時問，并能夠在負(fù)載狀態(tài)下和確定性網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行更換。

ProcessLogix控制系統(tǒng)配備有四個手動調(diào)節(jié)器，它們能夠?qū)λ膫€熱風(fēng)爐的關(guān)鍵性參數(shù)提供后備監(jiān)控:熱風(fēng)爐溫度、熱風(fēng)爐壓力、高爐頂部壓力和熱風(fēng)爐流速。所有其它參數(shù)則由ProcessLogix直接提供，它相當(dāng)于50個手動調(diào)節(jié)裝置，對高爐的控制精確度可達(dá)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(tǒng)后，高爐BF5的產(chǎn)量提高了。高爐每小時生產(chǎn)鐵水1300噸，如果把BF高爐的容量更大的因素考慮進(jìn)去，則可達(dá)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(chǎn)量50噸以上，每月產(chǎn)量增加1500噸，折算產(chǎn)值則為每月增產(chǎn)570,000美元。

除全面提高了設(shè)備性能外，ProcessLogix控制系統(tǒng)在高爐控制的維護(hù)方面表現(xiàn)出了更高的可靠性?！笆謩诱{(diào)節(jié)的高爐，每月都要發(fā)生兩至三次的熱風(fēng)爐溫度控制故障”梁先生說，“每次熱風(fēng)爐都要花大約八個小時的時問才能恢復(fù)到全負(fù)載狀態(tài)”。這種情況下，每次產(chǎn)量減少一半，只能達(dá)到21噸/小時，相當(dāng)于32.000美元。

但這種故障從未在新建的高爐BF5出現(xiàn)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(tǒng)。安裝后，預(yù)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(chǎn)量達(dá)到約1050噸。