一种高炉顶压稳定控制系统的制作方法

本实用新型属于冶金自动化仪表控制领域，具体涉及一种高炉顶压稳定控制系统及其控制方法。

背景技术：

高炉冶炼过程中会产生大量的高温、高压煤气，这些煤气一般经高炉炉顶、上升管、重力除尘、煤气净化系统，最后经TRT透平机组或并联的减压阀组自动控制系统调压后输入煤气总管。随着炼铁高炉的大型化和现代化技术的发展，对高炉顶压的稳定性要求也越来越高，高炉顶压稳定的前提是需要一个稳定可靠的顶压测量信号。

高炉炉顶一般均匀分布有四个上升管，上升管内的压力能够代表高炉顶压，同时也能够反映炉内相应区域料柱及煤气流的变化情况，用于检测高炉顶压测量信号的压力变送器一般就安装在上升管上，在高炉冶炼稳定的情况下，每个上升管内的压力基本相同，当高炉生产异常波动较大时，四个上升管内的压力会出现不同的波动，因此要想真实反映高炉顶压变化情况，就需要在四个上升管全部安装压力变送器，以便于操作人员根据每个上升管内压力变化来判断炉内相应区域料柱变化情况，以便及时调整炉况。

高炉顶压的控制主要是通过TRT透平机组或并联的减压阀组来实现的，高炉顶压不稳，会引起炉内反应的剧烈波动，造成炉况不稳，直接影响生铁的产量和质量以及TRT的发电量，故高炉顶压的稳定是至关重要的。影响高炉顶压稳定性的主要因素是顶压测量信号的准确性，国内高炉顶压测量的常规设置一般为单点压力变送器测量炉顶压力，这种常规的检测方法存在的主要问题有：

1. 采用单点高炉顶压测量系统检测高炉顶压，在炉况异常时检测参数波动较大，无法将顶压波动维持在一个较小的范围，容易造成高炉顶压自动控制系统不稳，影响高炉顶压控制品质；

2. 当单台高炉顶压测量系统如取样管路、压力变送器、配电隔离器及信号线路出现故障时，就会造成TRT跳机、高炉顶压失控的安全事故；

3. 当仪表设备出现故障隐患时，无法在自动控制状态下进行在线故障隐患处理，只能切换到人工手动控制炉顶压力的方式进行故障隐患处理，影响高炉的正常生产；

4. 采用单点测量方法，只能反映一个上升管下方炉内气流压力变化情况，在炉况异常时，无法判断其它三个上升管下方相对位置料面及气流的变化情况，影响炉况的及时调整。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高炉顶压稳定控制系统，以解决顶压测量信号故障引起顶压失控的问题。

本实用新型的技术方案是：一种高炉顶压稳定控制系统，包括四个压力变送器、高炉炉顶计算机控制系统和顶压调节阀，高炉炉顶计算机控制系统包括顶压信号采集计算单元、一级平均值计算单元和顶压控制单元，

顶压信号采集计算单元包括计算机模拟量输入模板、累加计算器、一级平均值计算器和循环置位器，计算机模拟量输入模板的输入端与四个压力变送器相连，计算机模拟量输入模板的输出端与循环置位器的输入端相连，循环置位器的输出端与累加计算器的输入端相连，累加计算器的输出端与一级平均值计算器的输入端相连，

一级平均值计算单元包括一级比较单元、一级屏蔽报警器、二级平均值计算器、一级屏蔽信号比较器和一级解屏器，一级比较单元的输入端分别与一级平均值计算器的输出端和循环置位器的输出端相连，一级比较单元的输出端分别与一级屏蔽报警器的输入端和一级平均值计算器的输入端相连，一级屏蔽报警器的输出端分别与循环置位器的输入端和一级屏蔽信号比较器的输入端相连，二级平均值计算器的输入端与累加计算器的输出端相连，二级平均值计算器的输出端与一级屏蔽信号比较器的输入端相连，一级屏蔽信号比较器的输出端分别与一级解屏器的输入端和二级平均值计算器的输入端相连，一级解屏器的输出端与一级平均值计算器的输入端相连，

顶压控制单元包括顶压平均值选择器和顶压PID调节器，平均值选择器的输入端分别与一级平均值计算器的输出端和二级平均值计算器的输出端相连，平均值选择器的输出端与顶压PID调节器的输入端相连，顶压PID调节器的输出端与顶压调节阀的输入端相连。

作为本实用新型的进一步改进，还包括二级平均值计算单元，二级平均值计算单元包括二级比较单元、二级屏蔽报警器、三级平均值计算器、二级屏蔽信号比较器和二级解屏器，二级比较单元的输入端分别与二级平均值计算器的输出端和循环置位器的输出端相连，二级比较单元的输出端分别与二级屏蔽报警器的输入端和二级平均值计算器的输入端相连，二级屏蔽报警器的输出端分别与循环置位器的输入端和二级屏蔽信号比较器的输入端相连，三级平均值计算器的输入端与累加计算器的输出端相连，三级平均值计算器的输出端分别与二级屏蔽信号比较器的输入端和平均值选择器的输入端相连，二级屏蔽信号比较器的输出端分别与二级解屏器的输入端和三级平均值计算器的输入端相连，二级解屏器的输出端与二级平均值计算器的输入端相连。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型可剔除异常压力信号数据，能够更准确地获取高炉顶压数据，将顶压波动维持在一个较小的范围，提高高炉顶压控制品质；

2、能有效克服因取样管路、压力变送器、配电隔离器及信号线路出现故障导致的顶压自动调节系统失控的安全生产事故；

3、能够实现在顶压自动控制不解列的情况下，在线进行仪表故障处理，最终达到可靠、稳定控制高炉顶压的目的；

4、本实用新型能够反应出每个上升管压力变化情况，指导操作人员正确判断炉内相应区域炉料变化情况，及时进行炉况调整。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1的控制原理图；

图3是本实用新型实施例2的结构示意图；

图4是本实用新型实施例2的控制原理图。

图中，1-顶压信号采集计算单元；101-计算机模拟量输入模板；102-累加计算器；103-一级平均值计算器；104-循环置位器；2-一级平均值计算单元；201-一级比较单元；202-一级屏蔽报警器；203-二级平均值计算器；204-一级屏蔽信号比较器；205-一级解屏器；3-二级平均值计算单元；301-二级比较单元；302-二级屏蔽报警器；303-三级平均值计算器；304-二级屏蔽信号比较器；305-二级解屏器；4-压力变送器；5-顶压控制单元；501-顶压平均值选择器；502-顶压PID调节器；6-顶压调节阀。

具体实施方式

下面的实施例可以进一步说明本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。

以下实施例中所使用的各元器件均为现有产品。

实施例1、

如图1所示，一种高炉顶压稳定控制系统，包括四个压力变送器4、高炉炉顶计算机控制系统和顶压调节阀6，高炉炉顶计算机控制系统包括顶压信号采集计算单元1、一级平均值计算单元2和顶压控制单元5，

顶压信号采集计算单元1包括计算机模拟量输入模板101、累加计算器102、一级平均值计算器103和循环置位器104，计算机模拟量输入模板101的输入端与四个压力变送器4相连，计算机模拟量输入模板101的输出端与循环置位器104的输入端相连，循环置位器104的输出端与累加计算器102的输入端相连，累加计算器102的输出端与一级平均值计算器103的输入端相连，

一级平均值计算单元2包括一级比较单元201、一级屏蔽报警器202、二级平均值计算器203、一级屏蔽信号比较器204和一级解屏器205，一级比较单元201的输入端分别与一级平均值计算器103的输出端和循环置位器104的输出端相连，一级比较单元201的输出端分别与一级屏蔽报警器202的输入端和一级平均值计算器103的输入端相连，一级屏蔽报警器202的输出端分别与循环置位器104的输入端和一级屏蔽信号比较器204的输入端相连，二级平均值计算器203的输入端与累加计算器102的输出端相连，二级平均值计算器203的输出端与一级屏蔽信号比较器204的输入端相连，一级屏蔽信号比较器204的输出端分别与一级解屏器205的输入端和二级平均值计算器203的输入端相连，一级解屏器205的输出端与一级平均值计算器103的输入端相连，

顶压控制单元5包括顶压平均值选择器501和顶压PID调节器502，平均值选择器501的输入端分别与一级平均值计算器103的输出端和二级平均值计算器203的输出端相连，平均值选择器501的输出端与顶压PID调节器502的输入端相连，顶压PID调节器502的输出端与顶压调节阀6的输入端相连。

如图2所示，使用过程如下：

步骤一、将顶压预设值输入顶压PID调节器502；

步骤二、将四个压力变送器4分别安装在高炉的四个上升管中，四个压力变送器4分别将测量到的顶压数据P1、P2、P3、P4发送至计算机模拟量输入模板101；

步骤三、计算机模拟量输入模板101将接收到的四个顶压数据发送至循环置位器104；

步骤四、循环置位器104将接收到的四个顶压数据分别发送至累加计算器102和一级比较单元201，累加计算器102将四个顶压数据进行一级累加计算，并将一级累加计算结果∑4发送至一级平均值计算器103；

步骤五、一级平均值计算器103将接收到的一级累加计算结果∑4除以4，计算出一级顶压平均值PM，即（∑4）/4=PM，并将一级顶压平均值PM发送至一级比较单元201；

步骤六、一级比较单元201接收到来自于一级平均值计算器103的一级顶压平均值PM和来自于循环置位器104的顶压数据，将一级顶压平均值PM和四个顶压数据进行一级比较运算

步骤七、根据步骤六中的一级比较运算结果，当四个顶压数据与一级顶压平均值PM的差值均小于0.02MPa时，即|PX-PM|<0.02时（X等于1、2、3或4，下同），一级比较单元201反馈信息给一级平均值计算器103，一级平均值计算器103将一级顶压平均值PM发送至平均值选择器501；

步骤八、根据步骤六中的一级比较运算结果，当存在任何一个顶压数据PX与一级顶压平均值PM的差值不小于0.02MPa时，即|PX-PM|≥0.02时，一级比较单元201将与一级顶压平均值PM的差值最大的一个顶压数据判定为一级异常数据PA，并将一级异常数据PA发送至一级屏蔽报警器202；

步骤九、一级屏蔽报警器202将接收到的一级异常数据PA进行一级屏蔽，并将一级屏蔽信息发送至循环置位器104、将一级异常数据PA发送至一级屏蔽信号比较器204；

步骤十、循环置位器104接收到来自于一级屏蔽报警器202的一级屏蔽信息后，将剩余三个顶压数据发送至累加计算器102，累加计算器102将剩余三个顶压数据进行二级累加计算，并将二级累加计算结果∑3发送至二级平均值计算器203；

步骤十一、二级平均值计算器203将接收到的二级累加计算结果∑3除以3，计算出二级顶压平均值PN，即（∑3）/3=PN，并将二级顶压平均值PN发送至一级屏蔽信号比较器204；

步骤十二、一级屏蔽信号比较器204接收到来自于二级平均值计算器203的二级顶压平均值PN和来自于一级屏蔽报警器202的一级异常数据PA，将二级顶压平均值PN和一级异常数据PA进行一级再次比较运算；

步骤十三、根据步骤十中的一级再次比较运算结果，当一级异常数据PA和二级顶压平均值PN的差值小于0.02MPa时，即|PA-PN|<0.02时，一级屏蔽信号比较器204反馈信息给一级解屏器205，一级解屏器205将一级解屏信息发送至一级平均值计算器103，一级平均值计算器103将一级顶压平均值PM发送至平均值选择器501；

步骤十四、根据步骤十中的一级再次比较运算结果，当一级异常数据PA和二级顶压平均值PN的差值不小于0.02MPa时，即|PA-PN|≥0.02时，一级屏蔽信号比较器204反馈信息给二级平均值计算器203，二级平均值计算器203将二级顶压平均值PN发送至平均值选择器501；

步骤十五、根据上述步骤，平均值选择器501将从步骤七或步骤十三获得的一级顶压平均值PM，或从步骤十四获得的二级顶压平均值PN发送至顶压PID调节器502，顶压PID调节器502将顶压预设值和接收到的顶压平均值进行比较，并输出控制信号到顶压调节阀6，用于高炉顶压的自动控制。

实施例2、

本实施例与实施例1的区别是：如图3所示，还包括二级平均值计算单元3，二级平均值计算单元3包括二级比较单元301、二级屏蔽报警器302、三级平均值计算器303、二级屏蔽信号比较器304和二级解屏器305，二级比较单元301的输入端分别与二级平均值计算器203的输出端和循环置位器104的输出端相连，二级比较单元301的输出端分别与二级屏蔽报警器302的输入端和二级平均值计算器203的输入端相连，二级屏蔽报警器302的输出端分别与循环置位器104的输入端和二级屏蔽信号比较器304的输入端相连，三级平均值计算器303的输入端与累加计算器102的输出端相连，三级平均值计算器303的输出端分别与二级屏蔽信号比较器304的输入端和平均值选择器501的输入端相连，二级屏蔽信号比较器304的输出端分别与二级解屏器305的输入端和三级平均值计算器303的输入端相连，二级解屏器305的输出端与二级平均值计算器203的输入端相连。

如图4所示，使用过程如下：

步骤一、将顶压预设值输入顶压PID调节器502；

步骤二、将四个压力变送器4分别安装在高炉的四个上升管中，四个压力变送器4分别将测量到的顶压数据P1、P2、P3、P4发送至计算机模拟量输入模板101；

步骤三、计算机模拟量输入模板101将接收到的四个顶压数据发送至循环置位器104；

步骤四、循环置位器104将接收到的四个顶压数据分别发送至累加计算器102和一级比较单元201，累加计算器102将四个顶压数据进行一级累加计算，并将一级累加计算结果∑4发送至一级平均值计算器103；

步骤五、一级平均值计算器103将接收到的一级累加计算结果∑4除以4，计算出一级顶压平均值PM，即（∑4）/4=PM，并将一级顶压平均值PM发送至一级比较单元201；

步骤六、一级比较单元201接收到来自于一级平均值计算器103的一级顶压平均值PM和来自于循环置位器104的顶压数据，将一级顶压平均值PM和四个顶压数据进行一级比较运算；

步骤七、根据步骤六中的一级比较运算结果，当四个顶压数据与一级顶压平均值PM的差值均小于0.02MPa时，即|PX-PM|<0.02时，一级比较单元201反馈信息给一级平均值计算器103，一级平均值计算器103将一级顶压平均值PM发送至平均值选择器501；

步骤八、根据步骤六中的一级比较运算结果，当存在任何一个顶压数据PX与一级顶压平均值PM的差值不小于0.02MPa时，即|PX-PM|≥0.02时，一级比较单元201将与一级顶压平均值PM的差值最大的一个顶压数据判定为一级异常数据PA，并将一级异常数据PA发送至一级屏蔽报警器202；

步骤九、一级屏蔽报警器202将接收到的一级异常数据PA进行一级屏蔽，并将一级屏蔽信息发送至循环置位器104、将一级异常数据PA发送至一级屏蔽信号比较器204；

步骤十、循环置位器104接收到来自于一级屏蔽报警器202的一级屏蔽信息后，将剩余三个顶压数据分别发送至累加计算器102和二级比较单元301；

步骤十一、累加计算器102将剩余三个顶压数据进行二级累加计算，并将二级累加计算结果∑3发送至二级平均值计算器203；

步骤十二、二级平均值计算器203将接收到的二级累加计算结果∑3除以3，计算出二级顶压平均值PN，即（∑3）/3=PN，并将二级顶压平均值PN发送至一级屏蔽信号比较器204；

步骤十三、一级屏蔽信号比较器204接收到来自于二级平均值计算器203的二级顶压平均值PN和来自于一级屏蔽报警器202的一级异常数据PA，将二级顶压平均值PN和一级异常数据PA进行一级再次比较运算；

步骤十四、根据步骤十中的一级再次比较运算结果，当一级异常数据PA和二级顶压平均值PN的差值小于0.02MPa时，即|PA-PN|<0.02时，一级屏蔽信号比较器204反馈信息给一级解屏器205，一级解屏器205将一级解屏信息发送至一级平均值计算器103，一级平均值计算器103将一级顶压平均值PM发送至平均值选择器501；

步骤十五、根据步骤十中的一级再次比较运算结果，当一级异常数据PA和二级顶压平均值PN的差值不小于0.02MPa时，即|PA-PN|≥0.02时，一级屏蔽信号比较器204反馈信息给二级平均值计算器203；

步骤十六、二级平均值计算器203接收到来自于一级屏蔽信号比较器204的反馈信息后，将二级顶压平均值PN发送至二级比较单元301；

步骤十七、二级比较单元301接收到来自于二级平均值计算器203的二级顶压平均值PN和来自于循环置位器104的剩余三个顶压数据，将二级顶压平均值PN和三个顶压数据进行二级比较运算；

步骤十八、根据步骤十七中的二级比较运算结果，当三个顶压数据与二级顶压平均值PN的差值均小于0.02MPa时，即|PX-PN|<0.02时，二级比较单元301反馈信息给二级平均值计算器203，二级平均值计算器203将二级顶压平均值PN发送至平均值选择器501；

步骤十九、根据步骤十七中的二级比较运算结果，当三个顶压数据与二级顶压平均值PN的差值均不小于0.02MPa时，即|PX-PN|≥0.02时，二级比较单元301将与二级顶压平均值PN的差值最大的一个顶压数据判定为二级异常数据PB，并将二级异常数据PB发送至二级屏蔽报警器302；

步骤二十、二级屏蔽报警器302将接收到的二级异常数据PB进行二级屏蔽，并将二级屏蔽信息发送至循环置位器104、将二级异常数据PB发送至二级屏蔽信号比较器304；

步骤二十一、循环置位器104接收到来自于二级屏蔽报警器302二级屏蔽信息后，将剩余两个顶压数据发送至累加计算器102，累加计算器102将剩余两个顶压数据进行三级累加计算，并将三级累加计算结果∑2发送至三级平均值计算器303；

步骤二十二、三级平均值计算器303将接收到的三级累加计算结果∑2除以2，计算出三级顶压平均值PZ，即（∑2）/2=PZ，并将三级顶压平均值PZ发送至二级屏蔽信号比较器304；

步骤二十四、二级屏蔽信号比较器304接收到来自于三级平均值计算器303的三级顶压平均值PZ和来自于二级屏蔽报警器302的二级异常数据PB，将三级顶压平均值PZ和二级异常数据PB进行二级再次比较运算；

步骤二十五、根据步骤二十四中的二级再次比较运算结果，当二级异常数据PB和三级顶压平均值PZ的差值小于0.02MPa时，即|PB-PZ|<0.02时，二级屏蔽信号比较器304反馈信息给二级解屏器305，二级解屏器305将二级解屏信息发送至二级平均值计算器203，二级平均值计算器203将二级顶压平均值PN发送至平均值选择器501；

步骤二十六、根据步骤二十四中的二级再次比较运算结果，当二级异常数据PB和三级顶压平均值PZ的差值不小于0.02MPa时，即|PB-PZ|≥0.02时，二级屏蔽信号比较器304反馈信息给三级平均值计算器303，三级平均值计算器303将三级顶压平均值PZ发送至平均值选择器501；

步骤二十七、根据上述步骤，平均值选择器501将从步骤七或步骤十四获得的一级顶压平均值PM，或从步骤十八或步骤二十五获得的二级顶压平均值PN，或从步骤二十六获得的三级顶压平均值PZ发送至顶压PID调节器502，顶压PID调节器502将顶压预设值和接收到的顶压平均值进行比较，并输出控制信号到顶压调节阀6，用于高炉顶压的自动控制。

压力变送器4通常与配电隔离器配合使用，将配电隔离器压力变送器设置在压力变送器和计算机模拟量输入模板101之间，配电隔离器一方面可以为压力变送器4提供电源，另一方面，当压力变送器4出现故障时，可以将其进行隔离，保护计算机模拟量输入模板101。