高爐基礎(chǔ)自動化就象是高爐的控制神經(jīng)系統(tǒng)，高爐要想安全、可靠、穩(wěn)定運行必須保證高爐基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運行。衡鋼高爐基礎(chǔ)自動化通信網(wǎng)絡(luò)和PLC系統(tǒng)冗余，PLC與HMI監(jiān)控畫面通過容錯服務(wù)器連接可以保證整個系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定運行。下文詳細(xì)介紹衡鋼高爐基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及各系統(tǒng)的配置與控制。

1.系統(tǒng)概述

衡鋼高爐主工藝三電控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)自動化級采用了美國羅克韋爾公司生產(chǎn)的ControlLogix5000系列PLC控制系統(tǒng)，主工藝監(jiān)控畫面爐頂系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)、本體系統(tǒng)及出鐵場系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)采用FactoryTalk View SE服務(wù)器版和槽下及上料系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、噴吹及制粉系統(tǒng)、水渣系統(tǒng)采用FactoryTalk View SE單機(jī)版。PLC與監(jiān)控畫面之間采用美國公司生產(chǎn)的Ft2500系列容錯服務(wù)器進(jìn)行連接，容錯服務(wù)器的高可靠性保證了基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)參見基礎(chǔ)自動化配置圖，如圖1所示。

2.網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

衡鋼高爐基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共計有3種網(wǎng)絡(luò)，PLC與監(jiān)控畫面、二級系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，易于與廠級網(wǎng)絡(luò)相連，便于維護(hù)等。主工藝采PLC控制系統(tǒng)采用ControlNet網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換速度固定5M，具有較高的數(shù)據(jù)交換速度，可保證控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的實時性要求。與爐頂?shù)奶匠呔幋a器采用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)最高速度為500K，實際交換數(shù)據(jù)的速度視網(wǎng)絡(luò)長度和現(xiàn)場的實際情況來進(jìn)行確定，因與編碼器的數(shù)據(jù)交換量有限，且實時性要求不是要求很高，可以滿足無料鐘爐頂?shù)目刂埔蟆?/p>

3.基礎(chǔ)自動化級

衡鋼高爐主工藝三電控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)自動化級采用了美國羅克韋爾公司生產(chǎn)的ControlLogix5000系列控制器，槽下及上料系統(tǒng)、爐頂及本體系統(tǒng)、熱風(fēng)爐及出鐵場系統(tǒng)、噴吹及制粉系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)CPU采用冗余配置(I/O接口模件不采用冗余配置)，提高了關(guān)鍵系統(tǒng)的安全性和可靠性。其它系統(tǒng)采用單CPU不冗余的配置，主工藝控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信采用生產(chǎn)者/消費者的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

控制系統(tǒng)采用三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，HMI容錯服務(wù)器與控制站之間采用冗余的Ethernet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，HMI操作員站與容錯服務(wù)器之間采用不冗余的Ethernet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？刂普九cI/O模件之間通信采用冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通信數(shù)據(jù)速率為5M。控制網(wǎng)與爐頂編碼器之間采用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通信數(shù)據(jù)最大速率為500K。根據(jù)控制系統(tǒng)的特點采用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在保證安全性的條件下，選用合適的網(wǎng)絡(luò)類型

4.人機(jī)接口HMI操作站

主工藝系統(tǒng)(爐頂系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)、本體系統(tǒng)及出鐵場系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng))的電氣及儀表系統(tǒng)的畫面操作及監(jiān)視系統(tǒng)采用的羅克韋爾公司的FactoryTalk View SE服務(wù)器版進(jìn)行監(jiān)控，共計4套。這4套HMI上的畫面可以共享，即這4套HMI可以操作與顯示相同的內(nèi)容。槽下及上料系統(tǒng)有2套HMI操作站，為FactoryTalk View SE單機(jī)版進(jìn)行監(jiān)控，這2套HMI上的畫面可以共享，即這2套HMI可以操作與顯示相同的內(nèi)容；水處理系統(tǒng)有2套HMI操作站，為FactoryTalk View SE單機(jī)版進(jìn)行監(jiān)控，這2套HMI上的畫面可以共享，即這2套HMI可以操作與顯示相同的內(nèi)容；噴吹系統(tǒng)有3套HMI操作站，為FactoryTalk View SE單機(jī)版進(jìn)行監(jiān)控，這3套HMI上的畫面可以共享，即這3套HMI可以操作與顯示相同的內(nèi)容；水渣系統(tǒng)有1套HMI操作站，為Rsview32單機(jī)版進(jìn)行監(jiān)控。

FactoryTalk View SE具有良好的監(jiān)視、操作功能，是用于工藝設(shè)備運轉(zhuǎn)的人機(jī)接口裝置，把設(shè)備狀態(tài)和操作信息統(tǒng)一顯示到一個畫面窗口上，以高分辨率和多彩的畫面向操作員顯示工藝設(shè)備的狀態(tài)，操作員通過鼠標(biāo)或操作鍵盤的簡單操作就可以實現(xiàn)工藝設(shè)備的運轉(zhuǎn)控制。圖2為衡鋼高爐HMI操作畫面。

圖1 基礎(chǔ)自動化配置圖

圖2 衡鋼高爐HMI操作畫面

圖3

圖4

5.電氣控制系統(tǒng)

主工藝的電氣及儀表控制系統(tǒng)采用羅克韋爾公司的ControlLogix PLC控制系統(tǒng)，共計7套，其中槽下及上料系統(tǒng)、爐頂及本體系統(tǒng)、熱風(fēng)爐及出鐵場系統(tǒng)、噴吹及制粉系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)CPU采用冗余配置，煤氣凈化系統(tǒng)、水渣系統(tǒng)采用單CPU控制，CPU與HMI容錯服務(wù)器采用冗余Ethernet網(wǎng)絡(luò)，CPU與I/O模件之間通信采用冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)，同時PLC供電采用冗余電源，控制系統(tǒng)的具體配置參見各系統(tǒng)配置圖。

6.基礎(chǔ)自動化級功能概要

1)槽下稱量系統(tǒng)：包括礦石和焦炭稱量控制、皮帶運輸、中間料斗裝料及稱量、稱量補正、焦炭水分補正、稱量斗的料空控制、料滿控制等。

2)上料皮帶系統(tǒng)：礦石、小塊焦稱量斗和焦炭中間料斗排料控制、上料皮帶運輸機(jī)的運轉(zhuǎn)控制和原料跟蹤控制等。

3)爐頂系統(tǒng)：爐頂裝料控制、爐頂設(shè)備時序控制、爐頂布料控制等。

4)熱風(fēng)爐及余熱回收系統(tǒng)：三座熱風(fēng)爐的送風(fēng)順序控制及換爐控制，余熱回收系統(tǒng)控制、燃燒控制、送風(fēng)溫度控制等。

5)煤氣凈化系統(tǒng)：重力除塵設(shè)備控制、布袋除塵設(shè)備控制、排灰時序控制、灰粉反吹時序控制、爐頂頂壓控制等。

6)煤粉噴吹系統(tǒng)：煤粉噴吹系統(tǒng)的噴吹設(shè)備控制等。

7)水處理系統(tǒng)：水處理設(shè)備聯(lián)鎖控制等。

8)高爐本體系統(tǒng)：冷卻水系統(tǒng)水溫、水壓及水流量測量，爐頂灑水控制，爐身靜壓測量，本體各部冷卻設(shè)備及耐火材料溫度測量及報警，出鐵場液壓站控制，出鐵場除塵閥及除塵風(fēng)機(jī)、電機(jī)控制等。

7.基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)在衡鋼高爐運用情況

該自動化控制系統(tǒng)從2009年衡鋼高爐開爐投入運行，生產(chǎn)過程中主工藝控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面的修改通過FactoryTalk View SE軟件在工程師站完成，如圖3所示。

PLC程序的開發(fā)和維護(hù)通過RSLogix5000軟件在工程師站來實現(xiàn)，如圖4所示。

單機(jī)版HMI操作監(jiān)控畫面必須在操作站終端電腦上修改。發(fā)生故障可以通過HMI畫面故障報警窗口查看，也可以查看PLC程序來判斷原因。由于采用羅克韋爾公司AB系列PLC控制器與模塊，CPU采用冗余配置，當(dāng)CPU發(fā)生故障會自動轉(zhuǎn)換到熱備CPU，模塊具有帶電拔插的特點，PLC基礎(chǔ)自動化級影響系統(tǒng)運行因素排除。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通過雙網(wǎng)線、雙交換器、容錯服務(wù)器來保證信息傳輸?shù)目煽?。整個系統(tǒng)的運行必須通過平時的點檢發(fā)現(xiàn)問題及時處理才能長期平穩(wěn)工作，在2010年發(fā)生過給PLC供電的一臺冗余電源損壞情況，當(dāng)另一電源損壞就會造成該套PLC死機(jī)影響系統(tǒng)正常工作，因此應(yīng)該認(rèn)識到系統(tǒng)冗余必須時刻保證熱備設(shè)備的正常運行。

8.結(jié)論

本文通過介紹高爐基礎(chǔ)自動化的配置及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)識到衡鋼高爐基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)和CPU冗余、容錯服務(wù)器等措施保證整個高爐基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性。經(jīng)過近三年的運行，沒發(fā)生過任何系統(tǒng)故障。

[1]中冶賽迪.衡鋼高爐三電自動控制說明書.

[2]FactoryTalk View SE用戶手冊.

[3]RSLogix5000用戶手冊.