馬鋼第三煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐工程采用了當(dāng)今世界上先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，即西門子公司的PCS7控制系統(tǒng)。其中儀控系統(tǒng)在馬鋼公司內(nèi)率先采用了在冶金行業(yè)還較少使用的Profibus-PA總線技術(shù)，徹底改變了傳統(tǒng)的測(cè)控模式，使整個(gè)儀控系統(tǒng)的技術(shù)檔次躋身于國(guó)際先進(jìn)水平。

在其二級(jí)控制系統(tǒng)采用了西門子PCS7系列PLC，下掛Profibus-DP網(wǎng)，并通過(guò)DP/PA Link（鏈接器）將總線儀控設(shè)備接入工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，真正實(shí)現(xiàn)了“集中管理，分散控制”的目的。同時(shí)全數(shù)字化通信模式的抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量控制精確度高，借助數(shù)字雙向傳輸?shù)奶攸c(diǎn)和先進(jìn)的設(shè)備管理軟件，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)遠(yuǎn)程給定，采集豐富的儀表信息，有利設(shè)備故障診斷，改善管理狀況。過(guò)程控制級(jí)由二級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與基礎(chǔ)級(jí)PLC相連，并依靠控制模型和數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)一級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)施指導(dǎo)、管理和跟蹤。該系統(tǒng)將儀控、電控合為一體，它是具有工廠集成化概念的開(kāi)放型的工業(yè)控制系統(tǒng)。

一 系統(tǒng)組成

基礎(chǔ)級(jí)采用一套PCS7 PLC作為鑄機(jī)的控制器，其CPU類型是AS416-2DP，并帶有通信功能，可與擴(kuò)展單元的IM-153、IM-157通信卡以及變頻器通過(guò)Profibus-DP控制網(wǎng)相聯(lián)，其中擴(kuò)展單元采用ET-200M和鏈接器作為子站?？刂栖浖镾TEP 7，并集成西門子過(guò)程設(shè)備管理軟件PDM?？刂萍?jí)采用西門子工控機(jī)作為監(jiān)控站，與PLC通過(guò)快速工業(yè)以太網(wǎng)（基于TCP/IP協(xié)議）連接，系統(tǒng)運(yùn)行西門子公司基于Windows 2000的PCS7全集成軟件。

1. 硬件構(gòu)成

圖1僅給出了系統(tǒng)與儀表相關(guān)的配置。

其中PC1為上位機(jī)監(jiān)控站，ET200為電控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程站。鏈接器為PCS7的從站之一，同時(shí)又是現(xiàn)場(chǎng)總線儀控設(shè)備的PA主站，由網(wǎng)絡(luò)部件耦合器（Coupler）實(shí)現(xiàn)所有Profibus-PA總線現(xiàn)場(chǎng)儀表與DP總線的鏈接，在傳輸更多檢測(cè)、控制信息的同時(shí)亦可獲取總線設(shè)備自診斷信息。整個(gè)控制系統(tǒng)中，儀控系統(tǒng)除了和電控公用的操作站以及相應(yīng)的一次檢測(cè)元件外，僅有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制箱。

2. 軟件配置

操作站軟件為PCS7軟件，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為Windows 2000，PCS7自帶數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供監(jiān)控畫面和PLC組態(tài)工具。PCS7內(nèi)含組態(tài)軟件為STEP7及西門子過(guò)程設(shè)備管理軟件PDM。

操作站主要是在用戶和所有系統(tǒng)功能之間提供一個(gè)人機(jī)界面，各類人員可通過(guò)操作站訪問(wèn)各自權(quán)限范圍內(nèi)的系統(tǒng)資源。例如：通過(guò)操作員可以調(diào)出過(guò)程顯示畫面，觀察到過(guò)程回路的參數(shù)、狀態(tài)、趨勢(shì)和報(bào)警情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程回路的操作和參數(shù)的調(diào)整。過(guò)程工程師可以組態(tài)過(guò)程和顯示畫面和過(guò)程控制數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行其他各種組態(tài)工作。軟件工程師可以進(jìn)入軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，編寫、調(diào)試和執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序。

系統(tǒng)維護(hù)人員可觀察到系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的工作狀況，并對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行診斷操作。

二 系統(tǒng)功能

4#轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)工程所有設(shè)備的電氣傳動(dòng)和儀表控制全部采用集中控制、集中監(jiān)視的方式，實(shí)現(xiàn)以PLC為中心的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制。

1. 生產(chǎn)流程分布

（1）主原料系統(tǒng)

鐵水倒罐站；廢鋼供應(yīng)。

（2）副原料系統(tǒng)

熔劑上料（1#皮帶機(jī)～5#皮帶機(jī)）；熔劑加料（4#轉(zhuǎn)爐本體）。

（3）鐵合金系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐鐵合金供應(yīng)、加料。

（4）4#轉(zhuǎn)爐及輔助設(shè)施

轉(zhuǎn)爐本體；底吹系統(tǒng)；頂吹氧氣和濺渣護(hù)爐；轉(zhuǎn)爐和氧槍冷卻水；活動(dòng)煙罩與爐口煙道之間的水封；活動(dòng)煙罩、氧槍口、加料口的冷卻水；氮封系統(tǒng)；爐下車輛。

（5）4#吹氬站

合金加料；頂吹氧氣、氬氣；底吹氬氣。

2. 頂吹信號(hào)顯示與自動(dòng)調(diào)控

a. 信號(hào)顯示與調(diào)控

氧氣總管調(diào)壓閥閥前（氣源）壓力指示、記錄；氧氣緊急切斷閥開(kāi)/關(guān)狀態(tài)指示與聯(lián)鎖；氧氣總管調(diào)壓閥閥后壓力指示、記錄、調(diào)節(jié)；氧氣總管壓力調(diào)節(jié)閥閥位顯示；氧氣支管流量指示、記錄、調(diào)節(jié)、補(bǔ)正計(jì)算；氧氣支管流量調(diào)節(jié)閥閥位顯示；氧氣支管切斷閥閥后（吹氧管入口）壓力指示、記錄；氧氣支管切斷閥閥位顯示；累計(jì)一爐鋼水用氧量：4000Nm3/爐；累計(jì)一爐吹氧時(shí)間。

b. 報(bào)警及聯(lián)鎖

氧氣氣源壓力低限值報(bào)警；氧氣氣源壓力低-低值（LL）報(bào)警及聯(lián)鎖控制（與氧槍升降裝置聯(lián)鎖）；氧氣支管入口壓力低限報(bào)警；氧氣支管入口壓力低-低值報(bào)警及聯(lián)鎖（與氧槍升降裝置聯(lián)鎖）；氧氣支管流量低限報(bào)警；氧氣支管流量低-低值報(bào)警及聯(lián)鎖；快速提槍并關(guān)閉支管切斷閥。

3. 底吹信號(hào)顯示與自動(dòng)調(diào)控

底吹信號(hào)顯示、自動(dòng)調(diào)控、報(bào)警及聯(lián)鎖，與頂吹基本相同。

4. 過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線配置

儀控系統(tǒng)全部通過(guò)Profibus-PA現(xiàn)場(chǎng)總線方式完成檢測(cè)與控制。

雖然耦合器可直接掛在DP網(wǎng)上，但要占用一個(gè)DP地址，且無(wú)法擴(kuò)充，而每個(gè)鏈接器可擴(kuò)充5個(gè)耦合器，并且在非防爆區(qū)每個(gè)最多可掛接30臺(tái)非防爆現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，所以在平衡經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)可擴(kuò)充性的前提下，采用了一個(gè)鏈接器配幾個(gè)耦合器的硬件配置模式。整個(gè)系統(tǒng)采用了Profibus-PA總線線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這種模式下，PA總線上的智能總線儀表的地址編號(hào)將不受DP地址編號(hào)的限制，可以在相應(yīng)的耦合器下任意編址，有利于總線設(shè)備的擴(kuò)充和維護(hù)。

三 系統(tǒng)特點(diǎn)

由于采用了Profibus-PA現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，所以全部檢測(cè)與控制儀表均采用了全數(shù)字化通信的智能儀表，從而極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（1）可靠性高

在整個(gè)轉(zhuǎn)爐上下平臺(tái)之間，網(wǎng)絡(luò)線取代了所有常規(guī)控制儀表使用的控制電纜，而且所有測(cè)控元件均以并聯(lián)方式掛接在一根網(wǎng)絡(luò)線上，并以數(shù)字通信方式與上位計(jì)算機(jī)交換檢測(cè)與控制數(shù)據(jù)，同時(shí)測(cè)控元件內(nèi)部的故障自診斷功能，可將設(shè)備隱患信息在發(fā)生故障前預(yù)報(bào)給上位機(jī)，提醒工程人員及時(shí)進(jìn)行排除，確保生產(chǎn)安全順暢。

（2）精確度高

由于采用數(shù)字通信方式，所以實(shí)際的采樣精確度和控制精確度均非模擬信 號(hào)可比，技術(shù)水平完全進(jìn)入了另一個(gè)全新領(lǐng)域，為生產(chǎn)工程師提供了準(zhǔn)確的生產(chǎn)參數(shù)，有利于優(yōu)化產(chǎn)品，控制生產(chǎn)成本和節(jié)能、降耗。

（3）系統(tǒng)擴(kuò)展靈活

PA通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)就是測(cè)控元件，所以任意節(jié)點(diǎn)的增加或刪除都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的整體性能。通過(guò)在DP網(wǎng)線上增減若干鏈接器，就可增加或刪除若干組PA網(wǎng)絡(luò)，每組PA可擴(kuò)展30個(gè)測(cè)控元件，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和工藝流程的優(yōu)化。PA網(wǎng)絡(luò)可分布在工廠的任何位置，這樣，與分散在各地的各種設(shè)備連接更為簡(jiǎn)單。

（4）降低工程造價(jià)和工程量

在轉(zhuǎn)爐上下平臺(tái)之間測(cè)點(diǎn)分散且各自相對(duì)集中，若采用常規(guī)計(jì)算機(jī)控制方案，不但布線復(fù)雜、橋架林立，而且故障排除時(shí)間長(zhǎng)，不利于自動(dòng)控制過(guò)程的快速恢復(fù)。采用Profibus-PA現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，將極大地節(jié)省電纜、橋架的材料費(fèi)和基建安裝量，同時(shí)也取消了控制站上輸入/輸出組件，節(jié)省了機(jī)柜，減小了控制室的面積。

四 結(jié)束語(yǔ)

馬鋼第三煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)“三電一體化”的基礎(chǔ)上，成功地將Profibus總線技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)全過(guò)程，提高了系統(tǒng)的控制水平和可靠性，同時(shí)降低了運(yùn)行成本。與常規(guī)系統(tǒng)相比，僅儀控系統(tǒng)就比原概算節(jié)省30%的投資。另外，內(nèi)嵌的過(guò)程設(shè)備管理軟件PDM，減少了所需其他軟件的種類，也降低了相關(guān)軟件費(fèi)用。尤為重要的是，由于現(xiàn)場(chǎng)總線儀表具有自診斷功能，因此，可以預(yù)先診斷和維護(hù)在線設(shè)備，提前排除故障、減少停機(jī)時(shí)間，提高了生產(chǎn)的安全性，同時(shí)大大降低了系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用，為整個(gè)高效連鑄機(jī)的安全順產(chǎn)提供了重要的技術(shù)保障。

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