西門子冗余系統(tǒng)在萊鋼RH中的應(yīng)用

摘#8195;要 本文基于萊鋼RH精煉工藝原理，介紹了西門子冗余系統(tǒng)在RH自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過(guò)此應(yīng)用，大大提高了精煉系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞 冗余；RH精煉；可靠性；

中圖分類號(hào) TP 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)031-0163-01

RH精煉全稱為RH真空循環(huán)脫氣精煉法。當(dāng)前隨著真空煉鋼技術(shù)的開(kāi)發(fā)與發(fā)展，RH因?yàn)椴捎娩撍谡婵詹郗h(huán)流的技術(shù)從而達(dá)到處理時(shí)間短、效率高、能夠與轉(zhuǎn)爐連鑄匹配的優(yōu)點(diǎn)而被轉(zhuǎn)爐工序大量采用。

1 工藝原理

轉(zhuǎn)爐處理結(jié)束后的鋼水通過(guò)天車吊至鋼包運(yùn)輸臺(tái)車，鋼包運(yùn)輸臺(tái)車開(kāi)至處理位置，此時(shí)環(huán)流氣體由氮?dú)馇袚Q至氬氣。操作工對(duì)鋼包液面高度進(jìn)行判定，根據(jù)液面高度，鋼包被液壓升降裝置頂起，達(dá)到預(yù)定高度，使真空槽上兩個(gè)浸漬管完全侵入液面，打開(kāi)真空主閥開(kāi)始抽取真空。

這時(shí)操作工進(jìn)行測(cè)溫、取樣、定氧操作，根據(jù)測(cè)定結(jié)果判斷是否進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理結(jié)束后，操作工對(duì)鋼水進(jìn)行該鋼種所需處理，如脫氫處理、脫碳處理、深脫處理等，處理過(guò)程中各級(jí)真空泵以及調(diào)節(jié)閥根據(jù)鋼種模型對(duì)真空度、環(huán)流氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)通過(guò)真空料斗加入合金進(jìn)行微調(diào)。

處理結(jié)束前操作工再次對(duì)鋼水進(jìn)行測(cè)溫、取樣，操作結(jié)束后關(guān)閉真空主閥，破真空。鋼包下降，同時(shí)環(huán)流氣體由氬氣切換至氮?dú)?，鋼包車開(kāi)至喂絲位，根據(jù)鋼種要求喂絲、投入保溫劑，結(jié)束后鋼包運(yùn)輸臺(tái)車開(kāi)至吊離位，天車調(diào)離進(jìn)行下一道工序，完成此段處理。

2 系統(tǒng)概述

萊鋼RH精煉系統(tǒng)主要由鋼包處理系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、合金上料系統(tǒng)、頂槍及預(yù)熱槍系統(tǒng)、真空室修理和更換等系統(tǒng)組成。每個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都極其重要，在生產(chǎn)過(guò)程中，鋼水溫度一般在1#8198;600℃左右，真空處理過(guò)程中，真空度高達(dá)幾十Pa的負(fù)壓，若因某個(gè)系統(tǒng)引起故障停機(jī)，輕則影響煉鋼節(jié)奏，重則發(fā)生人員重大傷亡。因此，為保障系統(tǒng)的穩(wěn)定及操作人員的安全，RH自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)，其包括四臺(tái)上位機(jī)、兩臺(tái)西門子交換機(jī)、兩臺(tái)冗余服務(wù)器、兩套冗余CPU及IO設(shè)備。

1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。RH精煉采用雙環(huán)網(wǎng)配置，服務(wù)器通過(guò)安裝雙網(wǎng)卡，利用兩條物理線路連接PLC，當(dāng)一條網(wǎng)絡(luò)鏈路損壞時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)切換到另一條網(wǎng)絡(luò)鏈路，保障監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)WINCC監(jiān)控畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控西門子OSM交換機(jī)狀態(tài)，若出現(xiàn)內(nèi)部故障，及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，通知維護(hù)人員進(jìn)行處理更換。其網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示

圖1

2）硬件配置。PLC采用S7-400H作為冗余CPU，采用帶有冗余DP從站接口模塊的ET200M分布式I/O設(shè)備，連接CPU與ET200M之間采用profibus-dp作為現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊。

CPU發(fā)生故障前，主CPU單獨(dú)運(yùn)行，冗余CPU處于停止?fàn)顟B(tài)，CPU發(fā)生故障后，冗余CPU與主CPU進(jìn)行同步連接，冗余CPU發(fā)出同步連接請(qǐng)求，主CPU在禁止刪除、拷貝和生成塊功能操作后，將所有數(shù)據(jù)發(fā)送給冗余CPU。冗余CPU接收到主CPU數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)試，然后向主CPU發(fā)出更新請(qǐng)求。主CPU在終止已組態(tài)連接的通訊和禁止低級(jí)別的報(bào)警后，拷貝所有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給冗余CPU。同時(shí)主CPU運(yùn)行用戶程序，在禁止所有報(bào)警和中斷后向已經(jīng)連接的冗余CPU發(fā)送上次更新后發(fā)生改變的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，冗余CPU接收從主CPU發(fā)送來(lái)的輸入、輸出、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和內(nèi)存位信息，主CPU使能報(bào)警中斷和通訊，主、冗余CPU進(jìn)入到冗余、同步操作過(guò)程。其流程圖如圖2所示。

圖2

3）軟件冗余。通過(guò)WINCC Redundancy軟件包及授權(quán)，利用兩臺(tái)冗余服務(wù)器建立WINCC冗余項(xiàng)目，使兩臺(tái)互聯(lián)的 WinCC并行工作，并基于事件進(jìn)行同步，提高了系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)識(shí)別，故障恢復(fù)后自動(dòng)同步變量記錄、報(bào)警消息、用戶歸檔，在線同步變量記錄、報(bào)警消息、用戶歸檔等功能。并當(dāng)服務(wù)器故障時(shí)，客戶端能夠自動(dòng)切換到可用的服務(wù)器，進(jìn)一步提高了監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)故障率是檢驗(yàn)系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)，其計(jì)算公式為：

C=在考慮的時(shí)間范圍#8710;t內(nèi)，發(fā)生故障的部件數(shù)；

N=整個(gè)使用的部件數(shù)；#8710;t=考慮的時(shí)間范圍

平均無(wú)故障時(shí)間 MTBF=1/λ#8195;#8195;可靠性計(jì)算公式AS=MTBF/（MTBF+MDT）

MDT=平均故障時(shí)間（或MTTR=平均修復(fù)時(shí)間）

從可靠性公式中可以看出，增加系統(tǒng)的可靠性可以從提高 MTBF和降低 MDT兩個(gè)方面進(jìn)行，對(duì)于串行系統(tǒng)而言，部件越多 MTBF時(shí)間越小。

SIMATIC H系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間：CPU:15年；IO 模件：50年。

可見(jiàn)在RH精煉系統(tǒng)中，使用冗余設(shè)計(jì)比單系統(tǒng)控制的可靠性要高達(dá)幾十倍，即使在煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)CPU故障、網(wǎng)絡(luò)損壞或上位機(jī)故障，冗余系統(tǒng)仍然可以切換至備用系統(tǒng)進(jìn)行工作，保障煉鋼生產(chǎn)穩(wěn)定持續(xù)性。

4 結(jié)論

萊鋼RH精煉自投產(chǎn)以來(lái)，采用冗余控制提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，降低了故障率，為萊鋼生產(chǎn)超低碳鋼保駕護(hù)航，提高了萊鋼自身的價(jià)值及競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子冗余系統(tǒng)指南

作者簡(jiǎn)介

倪志國(guó)（1984—），男，山東萊蕪人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)從事自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研發(fā)與設(shè)計(jì)工作。