衡鋼高爐基礎自動化控制系統介紹與運用

高爐基礎自動化就象是高爐的控制神經系統，高爐要想安全、可靠、穩定運行必須保證高爐基礎自動化系統的可靠、穩定運行。衡鋼高爐基礎自動化通信網絡和PLC系統冗余，PLC與HMI監控畫面通過容錯服務器連接可以保證整個系統的可靠、穩定運行。下文詳細介紹衡鋼高爐基礎自動化系統的網絡結構及各系統的配置與控制。

1.系統概述

衡鋼高爐主工藝三電控制系統的基礎自動化級采用了美國羅克韋爾公司生產的ControlLogix5000系列PLC控制系統，主工藝監控畫面爐頂系統、煤氣凈化系統、本體系統及出鐵場系統、熱風爐系統采用FactoryTalk View SE服務器版和槽下及上料系統、水處理系統、噴吹及制粉系統、水渣系統采用FactoryTalk View SE單機版。PLC與監控畫面之間采用美國公司生產的Ft2500系列容錯服務器進行連接，容錯服務器的高可靠性保證了基礎自動化控制系統的可靠性和穩定性，基礎自動化系統詳細結構參見基礎自動化配置圖，如圖1所示。

2.網絡構成

衡鋼高爐基礎自動化控制系統的網絡結構共計有3種網絡，PLC與監控畫面、二級系統的網絡采用標準的以太網，易于與廠級網絡相連，便于維護等。主工藝采PLC控制系統采用ControlNet網絡，網絡數據交換速度固定5M，具有較高的數據交換速度，可保證控制系統數據采集的實時性要求。與爐頂的探尺編碼器采用DeviceNet網絡，其網絡交換數據最高速度為500K，實際交換數據的速度視網絡長度和現場的實際情況來進行確定，因與編碼器的數據交換量有限，且實時性要求不是要求很高，可以滿足無料鐘爐頂的控制要求。

3.基礎自動化級

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

控制系統采用三種網絡結構，HMI容錯服務器與控制站之間采用冗余的Ethernet網絡結構，HMI操作員站與容錯服務器之間采用不冗余的Ethernet網絡結構。控制站與I/O模件之間通信采用冗余ControlNet網絡進行數據交換，通信數據速率為5M。控制網與爐頂編碼器之間采用DeviceNet網絡進行數據交換，通信數據最大速率為500K。根據控制系統的特點采用不同的網絡結構，在保證安全性的條件下，選用合適的網絡類型

4.人機接口HMI操作站

主工藝系統(爐頂系統、煤氣凈化系統、本體系統及出鐵場系統、熱風爐系統)的電氣及儀表系統的畫面操作及監視系統采用的羅克韋爾公司的FactoryTalk View SE服務器版進行監控，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容。槽下及上料系統有2套HMI操作站，為FactoryTalk View SE單機版進行監控，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容；水處理系統有2套HMI操作站，為FactoryTalk View SE單機版進行監控，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容；噴吹系統有3套HMI操作站，為FactoryTalk View SE單機版進行監控，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容；水渣系統有1套HMI操作站，為Rsview32單機版進行監控。

FactoryTalk View SE具有良好的監視、操作功能，是用于工藝設備運轉的人機接口裝置，把設備狀態和操作信息統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備的狀態，操作員通過鼠標或操作鍵盤的簡單操作就可以實現工藝設備的運轉控制。圖2為衡鋼高爐HMI操作畫面。

圖1 基礎自動化配置圖

圖2 衡鋼高爐HMI操作畫面

圖3

圖4

5.電氣控制系統

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

6.基礎自動化級功能概要

1)槽下稱量系統：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：礦石、小塊焦稱量斗和焦炭中間料斗排料控制、上料皮帶運輸機的運轉控制和原料跟蹤控制等。

3)爐頂系統：爐頂裝料控制、爐頂設備時序控制、爐頂布料控制等。

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

5)煤氣凈化系統：重力除塵設備控制、布袋除塵設備控制、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：煤粉噴吹系統的噴吹設備控制等。

7)水處理系統：水處理設備聯鎖控制等。

8)高爐本體系統：冷卻水系統水溫、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機、電機控制等。

7.基礎自動化系統在衡鋼高爐運用情況

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

PLC程序的開發和維護通過RSLogix5000軟件在工程師站來實現，如圖4所示。

單機版HMI操作監控畫面必須在操作站終端電腦上修改。發生故障可以通過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CPU發生故障會自動轉換到熱備CPU，模塊具有帶電拔插的特點，PLC基礎自動化級影響系統運行因素排除。系統網絡通過雙網線、雙交換器、容錯服務器來保證信息傳輸的可靠。整個系統的運行必須通過平時的點檢發現問題及時處理才能長期平穩工作，在2010年發生過給PLC供電的一臺冗余電源損壞情況，當另一電源損壞就會造成該套PLC死機影響系統正常工作，因此應該認識到系統冗余必須時刻保證熱備設備的正常運行。

8.結論

本文通過介紹高爐基礎自動化的配置及網絡結構，可以認識到衡鋼高爐基礎自動化系統采用網絡和CPU冗余、容錯服務器等措施保證整個高爐基礎自動化系統運行的可靠性、穩定性。經過近三年的運行，沒發生過任何系統故障。

[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.