略鋼煉鐵分廠自動(dòng)化系統(tǒng)

雒紅軍 田華 武偉榮

摘要：本文主要介紹了略鋼煉鐵分廠自動(dòng)化系統(tǒng)的分布格局，闡述了自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及主要功能。

關(guān)鍵詞：高爐；自動(dòng)化；網(wǎng)絡(luò)

1、概述

略鋼煉鐵分廠在2005年7月2#高爐大修擴(kuò)容改造工程中，首次采用冶金及其它行業(yè)廣泛使用的西門子S7系列PLC系統(tǒng)及WinCC人機(jī)界面軟件自動(dòng)化控制系統(tǒng)。高爐投產(chǎn)后，自動(dòng)化控制系統(tǒng)與高爐生產(chǎn)經(jīng)過近半年的“磨合”，其良好的人機(jī)界面在操作使用、實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史趨勢(shì)圖、故障信息、報(bào)表生成等方面充分顯示出方便、準(zhǔn)確、快捷的特點(diǎn)。在相繼的1#高爐、3#高爐、風(fēng)機(jī)、噴煤等改造或新建工程中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)統(tǒng)一采用西門子公司的S7系列PLC系統(tǒng)及WinCC人機(jī)界面軟件。

2、自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成

略鋼煉鐵分廠自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為1#高爐、2#高爐、3#高爐、風(fēng)機(jī)、噴煤、煤氣除塵六個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。高爐自動(dòng)化系統(tǒng)又含三個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，包括高爐本體、上料、熱風(fēng)爐系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)包括8#、9#風(fēng)機(jī)2個(gè)子系統(tǒng)，7#風(fēng)機(jī)為儀表控制。噴煤自動(dòng)化系統(tǒng)包括煤場(chǎng)上料、制粉和噴吹3個(gè)子系統(tǒng)。煤氣除塵自動(dòng)化系統(tǒng)包括 3座獨(dú)立的高爐煤氣凈化系統(tǒng)。

2.1 每個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)基本上均由二級(jí)控制系統(tǒng)和二層通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。二級(jí)控制系統(tǒng)分成基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)（PLC系統(tǒng)、一級(jí)）和過程自動(dòng)化系統(tǒng)（上位機(jī)、二級(jí)）兩級(jí)組成，二層通訊網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS網(wǎng)。

2.1.1 基礎(chǔ)自動(dòng)化

基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)就是分別在各個(gè)主控室設(shè)一個(gè)S7—400或S7—300主站，主站下掛若干遠(yuǎn)程I/O（AI/AO）從站，用于對(duì)輸入輸出進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集。按照工藝要求控制工藝設(shè)備的運(yùn)行，檢測(cè)系統(tǒng)中各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)及工藝參數(shù)，并按確定的控制原則對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，即由PLC控制。

2.1.2 過程自動(dòng)化

過程自動(dòng)化系統(tǒng)選用研華工控機(jī)，操作系統(tǒng)采用Windows 2000／WindowsXP，組態(tài)軟件采用WinCC6.0／WinCC6.２對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫面監(jiān)視。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況操作人員可以在操作畫面上對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行必要的控制和調(diào)節(jié)；對(duì)生產(chǎn)過程中的儀表數(shù)據(jù)和各種工況參數(shù)形成歷史趨勢(shì)圖，報(bào)警故障、事件記錄等豐富的圖形庫。

2.1.3 工業(yè)以太網(wǎng)

西門子S7采用SIMATIC NET 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種模式允許站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通訊速率可提高一倍。PLC系統(tǒng)各個(gè)控制器之間也通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制信息及數(shù)據(jù)傳送。為了保證各個(gè)系統(tǒng)通訊的抗干擾性，工業(yè)以太網(wǎng)在物理層上采用光纖傳輸。

在具體的使用中表現(xiàn)為上位機(jī)（操作畫面）與PLC之間及PLC彼此之間通過交換機(jī)聯(lián)成以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)彼此的信息交換。通過以太網(wǎng)，把各種工藝參數(shù)設(shè)定值和對(duì)電氣設(shè)備的操作從上位機(jī)傳送到各PLC，把各設(shè)備的狀態(tài)和工藝、電氣參數(shù)及故障由PLC收集送到操作畫面顯示。

2.1.4 PROFIBUS網(wǎng)

西門子S7的現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備級(jí)采用PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊，中央控制器與現(xiàn)場(chǎng)站通過PROFIBUS－DP 互相進(jìn)行通訊，現(xiàn)場(chǎng)智能總線設(shè)備及儀表也可以通過PROFIBUS 同中央控制器通訊。PLC把設(shè)定參數(shù)和控制指令傳送到各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，并收集各調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)和電氣參數(shù)送到操作畫面上顯示.

3 高爐自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

高爐區(qū)域自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為三個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)。

由于1#、2#、3#三座高爐工程是分期建成，高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)則分別由北京金自天正公司、天津棟華、濟(jì)南伊斯達(dá)自動(dòng)化公司三家獨(dú)立完成。但是其工作特點(diǎn)是一致的。

3.1 高爐本體系統(tǒng)

本體主控室由一個(gè)工程師站和一個(gè)操作站組成。高爐本體系統(tǒng)不僅能監(jiān)控本體部分的儀表、電氣參數(shù)運(yùn)行工況，而且對(duì)槽下上料、熱風(fēng)爐的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)了自控系統(tǒng)的集中管理，分散控制。本體操作畫面中的熱風(fēng)溫度、冷風(fēng)壓力、冷風(fēng)流量、爐頂壓力等9個(gè)參數(shù)統(tǒng)一做在一個(gè)適時(shí)趨勢(shì)圖中（圖二），大大簡(jiǎn)化、方便了操作人員的操作以及對(duì)爐況的掌握。對(duì)高爐的料制、負(fù)荷、透氣性指數(shù)、富氧量等參數(shù)能直觀的顯示在操作畫面上，對(duì)冷卻水壓力、各種溫度不僅有準(zhǔn)確的顯示還有相應(yīng)的的畫面閃爍報(bào)警，更加利于他們對(duì)高爐的調(diào)控。

上料主控室是對(duì)槽下上料系統(tǒng)和爐頂系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)或上位機(jī)手動(dòng)操作。對(duì)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障信號(hào)，在畫面中有閃爍報(bào)警提示，并由報(bào)警記錄，設(shè)備操作狀態(tài)記錄，提醒了操作人員的正確操作并有記錄可查詢。對(duì)高爐生產(chǎn)所用的礦石、焦炭等原燃料的消耗根據(jù)稱量數(shù)據(jù)生成準(zhǔn)確的報(bào)表記錄，方便了分廠統(tǒng)計(jì)人員的計(jì)算。

熱風(fēng)爐主控室由一個(gè)操作站和一個(gè)操作臺(tái)組成。熱風(fēng)爐的“燒爐、燜爐、送風(fēng)”有三種操作方式即：自動(dòng)操作、上位機(jī)半自動(dòng)操作、操作臺(tái)手動(dòng)操作。一般采用上位機(jī)半自動(dòng)操作，這種操作方式不僅加強(qiáng)了操作人員的責(zé)任心，更加方便了操作人員的及時(shí)控制。

3.2 風(fēng)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)

相對(duì)高爐作業(yè)區(qū)的自動(dòng)化控制，風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用完全上位機(jī)操作，即在整個(gè)風(fēng)機(jī)控制中所有儀表參數(shù)全進(jìn)微機(jī)控制，包括壓力、流量、溫度、進(jìn)風(fēng)閥、防喘振閥等各種調(diào)節(jié)閥的操作，這在煉鐵分廠所有控制中首次實(shí)現(xiàn)全微機(jī)控制，實(shí)踐證明這種控制方式不僅減少了儀表維護(hù)人員的工作量，而且大大方便了風(fēng)機(jī)操作人員的操作。風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制的唯一遺憾是風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制沒有實(shí)現(xiàn)和高爐聯(lián)網(wǎng)。

3.3 噴煤自動(dòng)化系統(tǒng)

根據(jù)高爐噴煤生產(chǎn)的工藝布局和功能特點(diǎn)，將噴煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為三個(gè)分系統(tǒng)：輸送控制系統(tǒng)、制粉控制系統(tǒng)、噴吹控制系統(tǒng)。

噴煤系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一樣采用完全上微機(jī)操作。輸送控制系統(tǒng)、制粉控制系統(tǒng)、噴吹控制系統(tǒng)各自為一個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)控制系統(tǒng)。輸送控制系統(tǒng)根據(jù)原煤倉上料位指示自動(dòng)或上位機(jī)手動(dòng)開啟原煤輸送皮帶，保證原煤的不間斷供應(yīng)。制粉控制系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的煤氣、空氣調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)按比例調(diào)節(jié)流量的操作方式，加熱爐內(nèi)安裝有火焰監(jiān)測(cè)器，操作人員可根據(jù)畫面中的火焰監(jiān)測(cè)器隨時(shí)掌握加熱爐的燃燒情況。煤粉布袋反吹系統(tǒng)有一個(gè)獨(dú)立的S7-200過程，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定時(shí)反吹。噴吹控制系統(tǒng)有自動(dòng)裝煤、充壓、倒罐三部分。根據(jù)噴吹的實(shí)際運(yùn)行情況暫時(shí)只使用了自動(dòng)裝煤系統(tǒng)。噴吹系統(tǒng)的噴吹趨勢(shì)圖為操作人員的準(zhǔn)確噴吹提供了依據(jù)。

由于噴煤系統(tǒng)是異地新建工程，且與2010年元月底投產(chǎn)，其自動(dòng)控制系統(tǒng)也沒有和高爐形成網(wǎng)絡(luò)連接，在公司進(jìn)一步的網(wǎng)絡(luò)改造項(xiàng)目中進(jìn)行完善。

3.4 煤氣除塵自動(dòng)化系統(tǒng)

煤氣除塵系統(tǒng)集三座高爐的煤氣除塵在一個(gè)操作室操作，大大減少了操作人員數(shù)量。煤氣除塵分為自動(dòng)反吹和卸灰系統(tǒng)兩部分。自動(dòng)反吹系統(tǒng)分為兩種：1 加壓反吹：當(dāng)布袋除塵系統(tǒng)壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，反吹系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)反吹設(shè)備進(jìn)行反吹，壓差小于設(shè)定值、箱體反吹結(jié)束，反吹系統(tǒng)自動(dòng)停相關(guān)反吹設(shè)備。2 定時(shí)反吹：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置兩次反吹間隔時(shí)間和箱體反吹次數(shù)，一但時(shí)間到反吹系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)反吹設(shè)備，箱體反吹次數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，反吹系統(tǒng)自動(dòng)停相關(guān)反吹設(shè)備。當(dāng)箱體發(fā)生故障時(shí)，點(diǎn)擊該箱體的故障按鈕，反吹時(shí)該箱體被自動(dòng)甩掉。卸灰部分根據(jù)箱體及中間斗的料位進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)卸灰。

為了保護(hù)箱體內(nèi)的布袋達(dá)到良好的除塵效果自控中還設(shè)定了對(duì)荒煤氣溫度的高、低溫度報(bào)警功能。

4、煉鐵分廠自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

高爐、噴煤系統(tǒng)部分應(yīng)用了總線型儀表。例如：高爐各種壓力、槽下稱量、噴煤噴吹罐稱量等工藝參數(shù)的監(jiān)控中，根據(jù)儀表特性，應(yīng)用了HART總線、PROFIBUS總線技術(shù)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)讀取到自動(dòng)化系統(tǒng)中。應(yīng)用總線型儀表，不僅簡(jiǎn)化了儀表系統(tǒng)的連接線路，而且有利于提高對(duì)儀表本身的監(jiān)控和實(shí)時(shí)測(cè)量的真實(shí)性。

電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到高爐、風(fēng)機(jī)、噴煤等主要設(shè)備的作業(yè)率。自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施中，將變頻器通過總線連接到自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行參數(shù)的測(cè)取和輸出控制。

煉鐵分廠自動(dòng)化系統(tǒng)主要由北京金自天正、濟(jì)南伊斯達(dá)、西安金華等單位設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試完成，為煉鐵工藝要求的實(shí)現(xiàn)和全系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)創(chuàng)造了良好的條件。設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件不僅較好地滿足了工藝、設(shè)備和操作功能要求，還充分地考慮了設(shè)備故障狀態(tài)下如何確保主要生產(chǎn)過程的持續(xù)性生產(chǎn)。

5、結(jié)語

煉鐵分廠自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行情況表明，各項(xiàng)功能正常、可靠，滿足了工藝要求，在生產(chǎn)過程顯現(xiàn)了其較強(qiáng)的智能化能力。但是其自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接和信息共享還沒有徹底實(shí)現(xiàn)，將在下一步略鋼公司信息中心的網(wǎng)絡(luò)改造項(xiàng)目中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。例如有計(jì)劃實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐、風(fēng)機(jī)、噴煤的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)控制（圖五）。