【摘要】本文主要分析了DCS控制系統(tǒng)在某鋼鐵廠2000m2高爐控制系統(tǒng)中的應用，包括其工藝流程、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、以及網(wǎng)絡構(gòu)成和實現(xiàn)控制功能等。并分析了DCS控制系統(tǒng)如何實現(xiàn)保障高爐順利生產(chǎn)、維持高爐系統(tǒng)穩(wěn)定以及對其進行嚴密監(jiān)測。

【關(guān)鍵詞】大型高爐；DCS控制系統(tǒng)；控制站；歷史站

集散控制系統(tǒng)（DCS）是由過程監(jiān)控級和過程控制級組成的多級計算機系統(tǒng)，其以通信網(wǎng)絡為聯(lián)系樞紐將控制、通信、顯示和計算機等合理有序的融合在一起，即以計算機為技術(shù)核心，運用通信網(wǎng)絡將獨立進行控制、采集、監(jiān)視和操作的過程控制站、計算機站和數(shù)據(jù)采集站等組織成為一個完整的系統(tǒng)，實現(xiàn)信息資源共享。其理念就是集中操作、分級管理、分散控制。[1]它不僅具有控制功能齊全、開放性、可靠性、靈活性以及協(xié)調(diào)性等優(yōu)點，還具有自身特有的技術(shù)工藝如冗余、小型、自診斷和開放等使其在工業(yè)過程控制方面得以廣泛的應用。

1.自動化系統(tǒng)構(gòu)成

本文中研究的該鋼鐵廠2000m2高爐采用的DCS控制系統(tǒng)開放性好、兼容性能佳，不僅可以實現(xiàn)不同廠家自動化設備的共同作業(yè)還可以與管理計算機進行信息傳遞。DCS采用的數(shù)據(jù)庫是分布式結(jié)構(gòu)，有效的降低了集中式數(shù)據(jù)庫可能累積的高風險。并且用戶可以隨意的從該系統(tǒng)的某一點得到其在系統(tǒng)中的全部信息。該DCS控制系統(tǒng)有效的將儀表和電氣的分工作業(yè)融合起來，簡化了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)加快了網(wǎng)絡速度，使得系統(tǒng)資源能夠得以充分的運用，同時也便于系統(tǒng)的維護和控制。

DCS控制系統(tǒng)可以對大部分高爐工藝實施有效的監(jiān)控，主要有：上料系統(tǒng)；高爐本體系統(tǒng)；焦炭和礦石儲備、輸送系統(tǒng)；煤氣清洗系統(tǒng)；出鐵場系統(tǒng)；水渣系統(tǒng)；無料鐘爐頂系統(tǒng)；噴吹系統(tǒng)、熱風爐系統(tǒng)和煤粉制備系統(tǒng)等，并且對爐頂余壓發(fā)電系統(tǒng)的控制也實施了預留舉措。[2]

DCS控制系統(tǒng)分為兩級系統(tǒng)功能，其中一級是基礎自動化，其主要功能是對高爐生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進行收集和初步處理，可對生產(chǎn)的邏輯順序進行控制也可對其生產(chǎn)過程的連續(xù)調(diào)節(jié)進行控制。在該鋼鐵廠選用的DCS控制系統(tǒng)中配置有控制站（DPU）、高速數(shù)據(jù)通信總線、操作員站（SUN工作站為其操作平臺），硬拷貝機和打印機等，其中操作員站中有2臺用作軟件維護和系統(tǒng)組態(tài)，相當于工程師站。 每一個控制站按冗余方式進行硬件的配置，包括冗余的分布式數(shù)據(jù)存儲器、Intel CPU和電源以及非冗余的輸出繼屯器、輸入接線端子和I/O模件等。軟件包括分布式數(shù)據(jù)庫程序以及系統(tǒng)固化支持程序等。操作站間均可以交替使用。高速數(shù)據(jù)通信總線的數(shù)據(jù)信息途徑以時間為界限進行分段廣播，其在室外的部分采用光纖傳播，室內(nèi)的部分采用同軸電纜進行數(shù)字廣播。其以以太網(wǎng)為信息傳輸媒介，可以與其他系統(tǒng)之間進行信息傳遞。

另外一級為過程控制級，其主要功能為對高爐生產(chǎn)過程設定數(shù)據(jù)，進行作業(yè)管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、控制計算和操作指導等。在過程控制級中共配有SUN工作站、打印機、硬拷貝機以及Pc終端機。以上配置與高爐原燃料之間可以通過調(diào)制解調(diào)的方式進行數(shù)據(jù)通信，其各單元之間也可以通過以太網(wǎng)和高速數(shù)據(jù)總線進行信息傳遞。以不間斷電源裝置對其進行供電，且其停電保持時間應不低于30min。依據(jù)不同的控制對像，控制設備被安置在相對應的控制室或電氣室中，被安置在現(xiàn)場的遠程I/O。

2.DCS控制系統(tǒng)對高爐的主要控制功能

2.1控制站的控制功能

DCS控制系統(tǒng)可依據(jù)高爐不同的工藝將控制站進行不同控制功能的分配，服務器是整個控制站中心，其主要管理系統(tǒng)的整個數(shù)據(jù)庫，包含有系統(tǒng)組態(tài)、流程圖、輸出點和控制回路等。該控制系統(tǒng)可只建立一個工程就可將編輯監(jiān)控畫面、網(wǎng)絡硬件組態(tài)和編程融合在一起。其可以滿足各種畫面的編輯，編輯后只需將其下載到相應的操作站即可，這一個控制程序涵蓋了高爐的子控制系統(tǒng)。

控制臺的主要的控制功能可做如下的安排：（1）采集和處理焦炭和礦石輸送和儲備系統(tǒng)狀態(tài)以及稱重等數(shù)據(jù)；控制輸送皮帶機上礦石原料的跟蹤觀察等控制振動篩、稱量料斗閘門和礦石輸送皮帶機等設備的運轉(zhuǎn)先后控制焦炭輸送皮帶機、轉(zhuǎn)換溜槽和焦炭振動篩等設備的運轉(zhuǎn)先后；控制補正焦炭的水分；補正礦石和焦炭的稱量誤差以及處理設備故障的報警。（2）采集和處理高爐自身的系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)，控制爐頂系統(tǒng)設備的運行狀態(tài)，控制爐頂各設備如排壓閥、均壓閥和密封閥等的運轉(zhuǎn)先后以及控制料流調(diào)節(jié)；控制燃燒和送風溫度等。（3）采集和處理高爐煤氣和爐頂清洗系統(tǒng)以及熱風爐系統(tǒng)的流量、溫度及壓力數(shù)據(jù)；控制爐頂壓力；控制文氏管洗滌器的煤氣差壓和水位；監(jiān)測高爐風口和冷卻板等。（4）采集和處理噴吹煤粉系統(tǒng)設備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，采集和控制噴吹煤粉的流量、溫度和稱重等的數(shù)據(jù)；并控制其設備運行的順序和噴煤速率。（5）采集和記錄水渣和出鐵場系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)；采集和處理其稱重、流量、溫度和液位等數(shù)據(jù)；控制成品槽水清洗閥、事故閥、爐渣輸送皮帶機等設備；控制出渣方式和轉(zhuǎn)鼓速度以及水渣設備運轉(zhuǎn)程序等。[3]

2.2歷史站的控制功能

歷史站的主要控制功能是對高爐所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行歷史記錄，以數(shù)據(jù)反映部分生產(chǎn)的發(fā)展趨向，并將其以報表形式打印出來等。歷史站中存儲著重要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，因而保障歷史站中的數(shù)據(jù)安全是極為重要的。為了滿足數(shù)據(jù)存儲的空間，系統(tǒng)應當選用雙CPU模式，并使用冗余電源和網(wǎng)卡，以及大容量的硬盤，在本次研究的鋼鐵廠中其硬盤數(shù)量為8且存儲量為40GB的硬盤，且8塊磁盤均采用磁盤冗余陣列方式進行排列。在歷史中報表可以以數(shù)據(jù)的形式存貯一個月時間，實現(xiàn)了無紙化報表，并且在該系統(tǒng)的網(wǎng)絡上均可以對其進行抽調(diào)查看。[4]

2.3操作員站的控制功能

操作員站的操作系統(tǒng)為Windows XP，其軟件安裝版本為Ovation Developer Studio，且其需安裝兩塊冗余網(wǎng)卡。操作員站的主要控制功能是實現(xiàn)生產(chǎn)操作和對生產(chǎn)進行監(jiān)控，但不能隨意更改編輯，若要更改則需在服務器上就進行操作，之后從服務器上下載到到相應的操作站。

3.DCS控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障

保證DCS系統(tǒng)的運行的穩(wěn)定是保障其對大型高爐合理控制的基礎，但是DCS系統(tǒng)的故障卻是一種無法完全避免的現(xiàn)象，因而我們只能通過對其的維護和調(diào)試以期減少這種現(xiàn)象的發(fā)生。系統(tǒng)故障發(fā)生的原因很多，針對其發(fā)生的原因可對其采取有針對性的防范措施。首先要對DCS系統(tǒng)中的服務器、控制器和通訊網(wǎng)絡等設備進行冗余結(jié)構(gòu)的配置形式，這樣可以極大的增強其在對高爐進行控制時的穩(wěn)定和安全性。其次要注重對系統(tǒng)的通訊功能進行維護，防止其因過重的負荷而發(fā)生故障。要確認通訊電纜之間連接的牢靠性，而且還要增強其抗干擾性。第三還要格外注重對DCS系統(tǒng)的冗余供電，可采用二級管脈沖給進以保障供電電源的供電不間斷。[5]最后要增強對系統(tǒng)的軟件管理，要采取有效的防干擾舉措，在電子區(qū)域內(nèi)嚴禁各種無線通訊工具的使用，靠近DCS系統(tǒng)的區(qū)域內(nèi)要對大功率通訊工具限制使用。而且還需制定相應的DCS系統(tǒng)預警方案和應急措施，對系統(tǒng)各項設備進行合理的周期性的檢修，將影響DCS系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行的隱患及早排除。

【參考文獻】

[1]杜二冬.淺談PLC在高爐控制和管理自動化中的應用[J].中國科技博覽，2011（24）.

[2]張國菊.高爐礦渣超細粉庫底全流程自動化控制系統(tǒng)[J].機械管理開發(fā)，2011（4）.

[3]劉龍.唐鋼自動化公司煉鐵高爐維檢中心.數(shù)字技術(shù)與應用，2011（10）.

[4]張磊.淺析DCS鍋爐自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].科技與企業(yè)，2012（1）.

[5]黃巧林.基于DCS的鍋爐電氣自動控制系統(tǒng)的應用[J].中國電子務，2011（10）.