現場總線控制系統在高爐噴煤制粉中的應用

何先木重慶鋼鐵股份有限公司

現場總線控制系統在高爐噴煤制粉中的應用

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本文介紹現場總線控制系統在高爐噴煤制粉中的應用，以現場總線為紐帶將現場具有計算和通信測控儀表設備作為節點形成互相通信的網絡，根據需要實現真正的底層分散控制網絡，提高系統的可靠性與穩定性。

現場總線；智能測量儀表設備

1.概述

智能儀表技術是導致控制系統體系結構發生根本性變化的關鍵因素，它使得工業過程的各種控制功能進一步分散到現場，現場總線控制系統就是基于智能測控儀表與公開的通訊協議建立起來的，將具有數字計算與數字通信的測量控制儀表作為節點,以現場總線為紐帶使各現場智能儀表之間以及與計算機之間連接構成數據雙向傳輸多分枝結構的通訊網絡。

2.系統結構組成

現場總線簡稱FCS的體系結構如下圖所示，由三層網絡組成。最下一層為低速現場總線H1連成的控制網絡，中間一層為高速現場總線H2連成的系統網絡，最上一層為普通商用管理網絡。最底層的現場總線H1連接著各類現場智能儀表，包括壓力變送器、溫度變送器、流量測量儀表及調節閥等。低速現場總線H1通過耦合器連到高速現場總線H2上，作為H2總線的一個節點，每個H2總線上可以連接多個H2/H1耦合器。對FCS進行管理和運行控制的工程師站、操作員站作為H2總線的節點，也連接到系統的H2總線上。在下圖所示的FCS中，主站和備用主站中的PLC等設備通過接口單元作為高速現場總線的節點掛接到H2總線上。此外，FCS還通過網關接到上層管理網上。如果希望連接更多的智能儀表或連接距離更遠的現場儀表，可在總線上加中繼器實現這一要求。

H1總線通過耦合器把現場智能儀表的數據上傳到H2總線上，由H2總線上的操作員站對現場數據進行讀取和保存。FCS的組態工作在工程師站上完成，工程師站運行在Windwos NT環境下，通過工程師站可以在線對FCS的各項配置進行組態和修改，通過在線下裝可以把修改后的數據庫傳到各現場智能儀表。

FCS中各現場儀表由控制系統中的上位機來管理。FCS的上位機運行于Windows NT環境下，系統管理軟件集離線組態和在線監控等功能為一體，為一套實時多任務應用軟件。管理軟件中的任務分成不同的層次，各項任務被賦予不同的優先級，使重要的任務能夠得到及時響應。上位機完成系統組態、數據庫組態、歷史庫組態、圖形組態、控制算法組態、數據報表組態、實時數據顯示、歷史數據顯示、圖形顯示、參數列表、數據打印輸出、數據輸入及參數修改、控制運算調節、報警處理、故障處理、通訊接口、人機接口等功能。

3.系統設計

智能控制儀表通過雙絞線，同軸電纜，光纜，電力線等作為總線相互連接成能夠通信的網絡，在本設計中如下圖所示，最底層由分布在現場檢測各個被控量的控制儀表和閥門控制器組成，相互通信的實現使它們可以在底層現場組建起基礎自動控制網絡，可不必通過上級PLC控制器完成現場設備的自動控制。中間層由PLC等控制器構成，可以根據系統需要對底層儀表參數和工藝要求的邏輯進行修改。上層為廠間計算機，實現對各設備的管理與監控。

噴煤制粉控制系統圖

制粉控制：制粉環節通過現場測控設備和各數字化智能儀表之間的通信，構成閉環反饋控制系統，提高精度減小誤差，實現全面自動調節，手動自動轉換及自動檢測，并可以長期安全、可靠、穩定的運行。自動系統包括以下內容：

（1）熱風爐：通過溫度壓力等傳感設備與變頻器的配合使用，實現熱風爐送風、熱風和燃燒的自動控制，使其達到最佳經濟燃燒。

（2）制粉輸煤：實現輸煤皮帶系統的自動控制，通過壓力傳感器采集信號給智能儀表進行積分計算，實現給煤量的精確采集、監控與控制。

（3）制粉：實現磨煤機，排風機的電氣連鎖與儀表監控。

（4）磨煤機：實現磨煤機的出口溫度和負荷的自動控制。

（5）布袋除塵系統：實現布袋溫度，壓力，壓差的監測與控制，反吹風機，除塵電磁閥的自動與手動控制和監測。

4.結語

與其他控制系統相比現場總線控制系統通信網絡中，各節點設備間均用數字信號完全取代4~20mA的模擬信號，很大程度上減少了信號的干擾，提高了信號的測量、控制、傳輸精度和豐富了傳輸內容。現場總線接線十分便捷，一條控制線上可掛接多個設備，因而節約了大量線纜，減少了發生故障的幾率；由于分散在現場的智能設備可以執行多種控制、傳感、報警和計算、通信等功能，從而節省了大量信號轉換和計算的設備，一定程度上降低了企業成本。在現場總線的環境下，借助智能儀表的計算和通信能力，可進行許多復雜的計算，正真形成分散在現場的完整的控制系統，提高了系統運行的可靠性。作為新一代控制系統，其具有結構簡單，穩定可靠等優點，在生產實際中得到了廣泛應用。

[1]郭瓊.現場總線技術及其應用.機械工業出版社，2011年3月，第1版

[2]陳在平.現場總線及工業控制網絡技術.電子工業出版社，2008年5月，第1版

[3]王振力，劉博.工業控制網絡.人民郵電出版社出版社，2011年，第1版