略鋼煉鐵分廠自動化系統(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化系統(tǒng)的分布格局，闡述了自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成及主要功能。

關(guān)鍵詞：高爐；自動化；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人機界面軟件自動化控制系統(tǒng)。高爐投產(chǎn)后，自動化控制系統(tǒng)與高爐生產(chǎn)經(jīng)過近半年的“磨合”，其良好的人機界面在操作使用、實時監(jiān)控、歷史趨勢圖、故障信息、報表生成等方面充分顯示出方便、準確、快捷的特點。在相繼的1#高爐、3#高爐、風(fēng)機、噴煤等改造或新建工程中，自動化控制系統(tǒng)統(tǒng)一采用西門子公司的S7系列PLC系統(tǒng)及WinCC人機界面軟件。

2、自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成

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

2.1 每個自動化系統(tǒng)基本上均由二級控制系統(tǒng)和二層通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。二級控制系統(tǒng)分成基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（PLC系統(tǒng)、一級）和過程自動化系統(tǒng)（上位機、二級）兩級組成，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)自動化

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

2.1.2 過程自動化

過程自動化系統(tǒng)選用研華工控機，操作系統(tǒng)采用Windows 2000／WindowsXP，組態(tài)軟件采用WinCC6.0／WinCC6.２對生產(chǎn)進行實時動態(tài)畫面監(jiān)視。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況操作人員可以在操作畫面上對生產(chǎn)過程進行必要的控制和調(diào)節(jié)；對生產(chǎn)過程中的儀表數(shù)據(jù)和各種工況參數(shù)形成歷史趨勢圖，報警故障、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)，這種模式允許站點同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通訊速率可提高一倍。PLC系統(tǒng)各個控制器之間也通過以太網(wǎng)實現(xiàn)控制信息及數(shù)據(jù)傳送。為了保證各個系統(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（操作畫面）與PLC之間及PLC彼此之間通過交換機聯(lián)成以太網(wǎng)，實現(xiàn)彼此的信息交換。通過以太網(wǎng)，把各種工藝參數(shù)設(shè)定值和對電氣設(shè)備的操作從上位機傳送到各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)場儀表和設(shè)備級采用PROFIBUS 現(xiàn)場總線進行通訊，中央控制器與現(xiàn)場站通過PROFIBUS－DP 互相進行通訊，現(xiàn)場智能總線設(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)速傳動系統(tǒng)，并收集各調(diào)速傳動系統(tǒng)的狀態(tài)和電氣參數(shù)送到操作畫面上顯示.

3 高爐自動化系統(tǒng)的特點

高爐區(qū)域自動化控制系統(tǒng)分為三個獨立運行的網(wǎng)絡(luò)。

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

3.1 高爐本體系統(tǒng)

本體主控室由一個工程師站和一個操作站組成。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)運行工況，而且對槽下上料、熱風(fēng)爐的運行情況進行監(jiān)視，實現(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個參數(shù)統(tǒng)一做在一個適時趨勢圖中（圖二），大大簡化、方便了操作人員的操作以及對爐況的掌握。對高爐的料制、負荷、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，對冷卻水壓力、各種溫度不僅有準確的顯示還有相應(yīng)的的畫面閃爍報警，更加利于他們對高爐的調(diào)控。

上料主控室是對槽下上料系統(tǒng)和爐頂系統(tǒng)進行自動或上位機手動操作。對運行過程中出現(xiàn)的故障信號，在畫面中有閃爍報警提示，并由報警記錄，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)生成準確的報表記錄，方便了分廠統(tǒng)計人員的計算。

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

3.2 風(fēng)機自動化系統(tǒng)

相對高爐作業(yè)區(qū)的自動化控制，風(fēng)機自動化控制系統(tǒng)采用完全上位機操作，即在整個風(fēng)機控制中所有儀表參數(shù)全進微機控制，包括壓力、流量、溫度、進風(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現(xiàn)全微機控制，實踐證明這種控制方式不僅減少了儀表維護人員的工作量，而且大大方便了風(fēng)機操作人員的操作。風(fēng)機自動控制的唯一遺憾是風(fēng)機自動控制沒有實現(xiàn)和高爐聯(lián)網(wǎng)。

3.3 噴煤自動化系統(tǒng)

根據(jù)高爐噴煤生產(chǎn)的工藝布局和功能特點，將噴煤自動化控制系統(tǒng)分為三個分系統(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)機系統(tǒng)一樣采用完全上微機操作。輸送控制系統(tǒng)、制粉控制系統(tǒng)、噴吹控制系統(tǒng)各自為一個獨立的自動控制系統(tǒng)。輸送控制系統(tǒng)根據(jù)原煤倉上料位指示自動或上位機手動開啟原煤輸送皮帶，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)實現(xiàn)了自動按比例調(diào)節(jié)流量的操作方式，加熱爐內(nèi)安裝有火焰監(jiān)測器，操作人員可根據(jù)畫面中的火焰監(jiān)測器隨時掌握加熱爐的燃燒情況。煤粉布袋反吹系統(tǒng)有一個獨立的S7-200過程，可實現(xiàn)自動定時反吹。噴吹控制系統(tǒng)有自動裝煤、充壓、倒罐三部分。根據(jù)噴吹的實際運行情況暫時只使用了自動裝煤系統(tǒng)。噴吹系統(tǒng)的噴吹趨勢圖為操作人員的準確噴吹提供了依據(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)，其自動控制系統(tǒng)也沒有和高爐形成網(wǎng)絡(luò)連接，在公司進一步的網(wǎng)絡(luò)改造項目中進行完善。

3.4 煤氣除塵自動化系統(tǒng)

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

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

4、煉鐵分廠自動化系統(tǒng)的應(yīng)用特點

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)控數(shù)據(jù)讀取到自動化系統(tǒng)中。應(yīng)用總線型儀表，不僅簡化了儀表系統(tǒng)的連接線路，而且有利于提高對儀表本身的監(jiān)控和實時測量的真實性。

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

煉鐵分廠自動化系統(tǒng)主要由北京金自天正、濟南伊斯達、西安金華等單位設(shè)計、安裝、調(diào)試完成，為煉鐵工藝要求的實現(xiàn)和全系統(tǒng)運行維護創(chuàng)造了良好的條件。設(shè)計的應(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

煉鐵分廠自動化系統(tǒng)的運行情況表明，各項功能正常、可靠，滿足了工藝要求，在生產(chǎn)過程顯現(xiàn)了其較強的智能化能力。但是其自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接和信息共享還沒有徹底實現(xiàn)，將在下一步略鋼公司信息中心的網(wǎng)絡(luò)改造項目中進一步實現(xiàn)。例如有計劃實現(xiàn)對高爐、風(fēng)機、噴煤的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測控制（圖五）。