CN103088177B - 一种热风炉充压控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种热风炉充压控制装置及方法，属于炼铁生产设备及方法技术领域。用于炼铁生产过程中的热风炉充压。其技术方案是：充压冷风管道上安装充压阀，充压阀为调节切断阀，充压阀的阀位反馈信号与输入模件连接，充压阀的控制信号与输出模件连接，压力检测元件安装在冷风总管上，压力检测元件的电信号与输入模件连接，输入模件、输出模件、CPU控制器件、接口模件安装在总线底板模件上。本发明通过压力检测元件对充压冷风管道的压力进行检测，通过CPU控制器件和多种软件实现对充压阀的充压时间、阀位开度、限制幅度等进行全自动充压控制，能够平稳地进行充压，减少充压过程对高炉炉顶压力的影响，有利于高炉炉况的稳定，带来了可观的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种热风炉充压控制装置及方法，属于炼铁生产设备及方法技术领域。
背景技术
热风炉是炼铁生产的重要设备，充压过程是指热风炉燃烧过程中，热风阀和冷风阀均处于关闭状态，热风炉内烟气压力在10kPa以下，大大低于热风炉送风系统压力，阀板两侧承受很大压差，热风炉由燃烧过程切换到送风过程，必须从冷风总管向热风炉内充入冷风，以均衡阀板两侧压差，才能顺利开启阀门。充压过程靠充压阀完成，接自充压冷风管道。充压阀为电动或液动切断阀，充压阀仅有全开或全关两个阀位，热风炉充压时，高炉入炉风量突然减少，引起高炉内压力波动，这种现象随着热风炉每次换炉充压呈周期性出现，对高炉操作不利。虽然有的充压阀靠阀门定位器等设备实现粗略的手动开度控制，但也无法实现全自动充压的精确控制。充压控制基本依靠操作人员经验手工操作，充压阀基本处于全开状态，由于操作员控制水平参差不齐，造成高炉炉顶压力参数不稳定，使高炉炉顶压力产生巨大的波动，影响高炉炉况的稳定，这种情况至今没有得到有效解决，对高炉的稳定生产是非常不利的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热风炉充压控制装置及方法，这种装置和方法可以使高炉热风炉在充压过程中处于全自动控制状态，减少充压过程对高炉炉顶压力的影响，有利于高炉炉况的稳定，可以带来可观的经济效益。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种热风炉充压控制装置，它的构成中包括充压冷风管道、充压阀、压力检测元件，输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件、总线底板模件和显示器件，充压冷风管道的一端连接冷风总管，另一端与热风炉连接，充压冷风管道上安装充压阀，充压阀为调节切断阀，充压阀的阀位反馈信号与输入模件连接，充压阀的控制信号与输出模件连接，压力检测元件安装在冷风总管上，压力检测元件的电信号与输入模件连接，输入模件、输出模件、电源模件、CPU控制器件、接口模件通过总线底板模件连接并安装在总线底板模件上。
上述热风炉充压控制装置，所述接口模件与显示器件连接，接口模件为工业交换机、以太网模板、现场总线，显示器件为工业计算机或工业触摸屏。
上述热风炉充压控制装置，它还有限幅控制单元、充压时间设定单元、设定曲线生成单元、软伺服控制单元等软件单元，这些软件单元安装在CPU控制器件上。
一种使用上述热风炉充压控制装置的热风炉充压控制方法，在充压期间，它采用以下步骤：
1.限幅控制单元设定
利用显示器件，输入冷风总管压力波动允许上下限值（-0.1~+0.1MPa可设），输入充压阀阀位开度允许上限值（上限值为0-100%可设，下限值为0，即全关）；
2.充压时间设定单元设定
利用显示器件，输入热风炉自动充压时间（0-120min可设）；
3.设定曲线生成单元生成设定曲线
利用显示器件，输入折点个数（1-50可设），时间数值：第1折点t1（0-120min可设）、第2折点t2（0-120min可设）、第3折点t3（0-120min可设）、第4折点t4（0-120min可设）等，最多可到t50；对应的充压阀阀位值：第1折点v1（0-100%可设）、第2折点v2（0-100%可设）、第3折点v3（0-100%可设）、第4折点v4（0-100%可设）等，最多可到v50；这样可以产生0A-AB-BC-CD…的阀位值设定曲线；
4.软伺服控制单元对充压阀进行自动控制
设定曲线生成单元与软伺服控制单元连接，阀位值设定曲线作为软伺服控制单元的设定值，实际充压阀阀位作为软伺服控制单元的测量值。
充压结束后，充压阀自动关闭。
本发明的有益之处在于：
本发明是将充压阀由开关切断阀改为调节切断阀，克服了以往充压阀充压时仅能全开的弊端；本发明通过压力检测元件、CPU控制器件对充压冷风管道的压力进行检测，通过CPU控制器件和多种软件实现对充压阀的充压时间、阀位开度、限制幅度等进行全自动充压控制，按照预先设定好的阀位曲线进行充压作业，能够平稳的对热风炉进行充压，减少充压过程对高炉炉顶压力的影响，有利于高炉炉况的稳定。本发明已在多座热风炉上使用，效果良好，解决了长期困扰高炉的热风炉充压造成的高炉炉顶不稳定的问题，保证了高炉生产的顺利进行，带来了可观的经济效益。
附图说明
图1是本发明的热风炉充压控制装置的组成框图；
图2是本发明的热风炉充压控制装置的阀位设定曲线图；
图3是本发明的热风炉充压控制方法流程图。
图中标记如下：充压冷风管道1、充压阀2、压力检测元件3、输入模件4、输出模件5、电源模件6、CPU控制器件7、接口模件8、总线底板模件9、显示器件10、限幅控制单元11、充压时间设定单元12、设定曲线生成单元13、软伺服控制单元14。
具体实施方式
图1显示，本发明的热风炉充压控制装置包括充压冷风管道1、充压阀2、压力检测元件3、输入模件4、输出模件5、电源模件6、CPU控制器件7、接口模件8、总线底板模件9、显示器件10，其中：输入模件4、输出模件5、电源模件6、CPU控制器件7、接口模件8、总线底板模件9和显示器件10均为PLC或DCS系统的标准硬件。另外还包括限幅控制单元11、充压时间设定单元12、设定曲线生成单元13、软伺服控制单元14等软件单元，软件单元安装在PLC或DCS系统的CPU控制器件7上。
充压冷风管道1的一端连接冷风总管，另一端与热风炉连接，充压冷风管道1上安装充压阀2，充压阀2由开关切断阀改为调节切断阀，充压阀2的阀位反馈信号与输入模件4连接，充压阀2的控制信号与输出模件5连接。
在冷风总管上安装压力检测元件3，压力检测元件3的电信号与输入模件4连接，用于自动充压时的压力控制，冷风总管压力可以代表高炉炉顶压力，充压时若冷风总管压力稳定，即可保证高炉炉顶压力稳定。
输入模件4、输出模件5、电源模件6、CPU控制器件7、接口模件8通过总线底板模件9连接并安装在总线底板模件9上。电源模件6提供工作电源。CPU控制器件7是充压装置的控制核心，通过CPU控制器件7控制限幅控制单元11、充压时间设定单元12、设定曲线生成单元13、软伺服控制单元14等软件单元，通过输出模件5实现对充压阀2的自动控制。
限幅控制单元11实现对充压阀2的安全控制，避免在自动状态下充压对高炉炉顶压力的影响。
充压时间设定单元12用于根据热风炉大小和工艺操作制度来实现调整自动充压时间的设定功能。
设定曲线生成单元13用于产生充压阀2的时间与阀位开度曲线。
设定曲线生成单元12与软伺服控制单元14连接，开度曲线作为软伺服控制单元14的阀位设定值，实际阀位反馈值作为软伺服控制单元14的测量值，软伺服控制单元14将充压阀2阀位自动按设定曲线工作，对充压进行自动控制并保持充压期间高炉炉顶压力稳定的功能。
接口模件8与显示器件10连接，实现人机交互界面，用于实现操作、监视功能。接口模件8可为工业交换机、以太网模板、现场总线等。显示器件10可为工业计算机或工业触摸屏等。
在本发明的一个实施例中，充压阀2的型号为ZDRHO、压力检测元件3的型号为EJA530A、输入模件4的型号为FM148A、输出模件5的型号为FM151A、电源模件6的型号为FM910、CPU控制器件7的型号为FM801、接口模件8的型号为DFE530TXK和DES-1008、总线底板模件9的型号为FM300、显示器件10的型号为IPC-510。
图2显示，热风炉充压控制装置的阀位设定曲线生产过程为：
利用显示器件10，输入折点个数（1-50可设），时间数值：第1折点t1（0-120min可设）、第2折点t2（0-120min可设）、第3折点t3（0-120min可设）、第4折点t4（0-120min可设）等，最多可到t50；对应的充压阀阀位值：第1折点v1（0-100%可设）、第2折点v2（0-100%可设）、第3折点v3（0-100%可设）、第4折点v4（0-100%可设）等，最多可到v50；这样可以产生0A-AB-BC-CD…的阀位值设定曲线，本图为4段折线。
图3显示，使用上述热风炉充压控制装置的热风炉充压控制方法，它采用以下步骤：
1.在充压期间：
A．限幅控制单元11设定：利用显示器件10，输入冷风总管压力波动允许上下限值（-0.1~+0.1MPa可设），输入充压阀2阀位开度允许上限值（上限值为0-100%可设，下限值为0，即全关）；
B．充压时间设定单元12时间设定：利用显示器件10，输入热风炉自动充压时间（0-120min可设）；
C．设定曲线生成单元13生成设定曲线：利用显示器件10，输入折点个数（1-50可设），时间数值：第1折点t1（0-120min可设）、第2折点t2（0-120min可设）、第3折点t3（0-120min可设）、第4折点t4（0-120min可设）等，最多可到t50；对应的充压阀阀位值：第1折点v1（0-100%可设）、第2折点v2（0-100%可设）、第3折点v3（0-100%可设）、第4折点v4（0-100%可设）等，最多可到v50；这样可以产生0A-AB-BC-CD…的阀位值设定曲线，本图为4段折线；
D．软伺服控制单元14对充压阀2进行自动控制：设定曲线生成单元13与软伺服控制单元14连接，阀位值设定曲线作为软伺服控制单元14的设定值，实际充压阀2阀位作为软伺服控制单元14的测量值，软伺服控制单元14自动将充压阀2阀位按设定曲线工作，避免原充压方式的充压阀2全开对高炉炉顶压力的影响，保持充压期间高炉炉顶压力稳定的功能。
2.在非充压期间：
充压结束后，充压阀自动关闭（即阀位为0）。
本发明的一个实施例如下：
1.在充压期间：
A．限幅控制单元11设定：利用显示器件10，输入冷风总管压力波动允许上下限值：-5~+5KPa，输入充压阀2阀位开度允许上限值：上限值为40%，下限值为0，即全关；
B．充压时间设定单元12时间设定：利用显示器件10，输入热风炉自动充压时间：35min；
C．设定曲线生成单元13生成设定曲线：利用显示器件10，输入折点个数=4个，时间数值：第1折点t1=1s、第2折点t2=5min、第3折点t3=8min、第4折点t4=35min；对应的充压阀阀位值：第1折点v1=15%、第2折点v2=18%、第3折点v3=25%、第4折点v4=35%；这样可以产生0A-AB-BC-CD的阀位值4段设定曲线；
D．软伺服控制单元14对充压阀2进行自动控制：设定曲线生成单元13与软伺服控制单元14连接，阀位值设定曲线作为软伺服控制单元14的设定值，实际充压阀2阀位作为软伺服控制单元14的测量值，软伺服控制单元14自动将充压阀2阀位按设定曲线工作，避免原充压方式的充压阀2全开对高炉炉顶压力的影响，保持充压期间高炉炉顶压力稳定的功能。
2.在非充压期间：
充压结束后，充压阀自动关闭（即阀位为0）。
通过以上控制方法实现了充压阀2的全自动控制，高炉炉顶压力波动控制在-5~+5KPa的范围内，未投入本发明时，充压时炉压波动达到-30~+10KPa，可见指标提高显著。
Claims (2)
1.一种热风炉充压控制装置，其特征在于：它的构成中包括充压冷风管道（1）、充压阀（2）、压力检测元件（3）、输入模件（4）、输出模件（5）、电源模件(6)、CPU控制器件(7)、接口模件(8)、总线底板模件(9)、显示器件(10)，充压冷风管道（1）的一端连接冷风总管，另一端与热风炉连接，充压冷风管道（1）上安装充压阀（2），充压阀（2）为调节切断阀，充压阀（2）的阀位反馈信号与输入模件（4）连接，充压阀（2）的控制信号与输出模件（5）连接，压力检测元件（3）安装在冷风总管上，压力检测元件（3）的电信号与输入模件（4）连接，输入模件（4）、输出模件（5）、电源模件（6）、CPU控制器件（7）、接口模件（8）通过总线底板模件（9）连接并安装在总线底板模件（9）上；它还有限幅控制单元（11）、充压时间设定单元（12）、设定曲线生成单元（13）、软伺服控制单元（14）软件单元，这些软件单元安装在CPU控制器件（7）上。
2.根据权利要求1所述的热风炉充压控制装置，其特征在于：所述接口模件（8）与显示器件（10）连接，接口模件（8）为工业交换机、以太网模板、现场总线，显示器件（10）为工业计算机或工业触摸屏。
3. 一种使用如权利要求1或2所述的热风炉充压控制装置的热风炉充压控制方法，其特征在于：在充压期间，它采用以下步骤：
A．限幅控制单元（11）设定：利用显示器件（10），输入冷风总管压力波动允许上下限值，上下限值为-0.1~+0.1MPa，输入充压阀（2）阀位开度允许上限值，上限值为0-100%，下限值为0，即全关；
B．充压时间设定单元（12）时间设定：利用显示器件（10），输入热风炉自动充压时间，自动充压时间为0-120min；
C．设定曲线生成单元（13）生成设定曲线：利用显示器件（10），输入折点个数，折点个数1-50；时间数值：第1折点t1为0-120min、第2折点t2为0-120min、第3折点t3为0-120min、第4折点t4为0-120min，最多可到t50；对应的充压阀阀位值：第1折点v1为0-100%、第2折点v2为0-100%、第3折点v3为0-100%、第4折点v4为0-100%，最多可到v50；这样产生0A-AB-BC-CD，直到第50折点的阀位值设定曲线；
D．软伺服控制单元（14）对充压阀（2）进行自动控制：设定曲线生成单元（13）与软伺服控制单元（14）连接，阀位值设定曲线作为软伺服控制单元（14）的设定值，实际充压阀（2）阀位作为软伺服控制单元（14）的测量值。
充压结束后，充压阀（2）自动关闭，即阀位为0。
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