1. 概述

　　高爐煤氣能量回收發(fā)電裝置（TRT）是高爐爐頂煤氣的高效利用裝置，其主要由兩大部分組成煤氣凈化（除塵）系統和透平發(fā)電系統。高爐粗煤氣經(jīng)過(guò)重力除塵器、散熱器、布袋除塵器（BDC）之后，成為凈煤氣，具備引入透平機組發(fā)電的條件，而透平裝置就是使煤氣中的壓力能和熱能轉化為機械能以驅動(dòng)發(fā)電機發(fā)電的裝置。該裝置具有減少環(huán)境污染和能量浪費、穩定爐頂壓力、改善高爐生產(chǎn)條件，現已成為當今世界鋼鐵行業(yè)公認的節能環(huán)保裝置。

　　新3號高爐TRT是在4號高爐成功運用TRT技術(shù)的基礎上，由攀鋼設計院設計，攀鋼自行施工建設完成的、具有標志性的先進(jìn)TRT工程。尤其是全干式的除塵工藝是在原干式、濕式相結合的工藝上進(jìn)行改進(jìn)而建成的國內第一座全干式除塵方式的TRT。全干式除塵配合由散熱器部分，使得除塵效果更加良好，工藝流程更加先進(jìn)、合理。為了更好得完成新3號高爐TRT的生產(chǎn)工藝，DCS控制系統的選擇是至關(guān)重要的。而如何充分利用DCS的先進(jìn)控制和運算功能，最大可能的方便運行管理和實(shí)現控制最優(yōu)化，也是該自動(dòng)控制系統所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。面對攀鋼新3高爐TRT裝置的控制設備較多，相應引入控制站的I/O信號也較多（全干式除塵部分大概有5000多個(gè)信號點(diǎn)）的情況，本次工程設計采用浙江中控技術(shù)有限公司研制的WebField ECS-100 DCS控制系統對攀鋼新3高爐TRT裝置控制系統進(jìn)行全面的監視和控制。

　　從攀鋼新3號高爐生產(chǎn)過(guò)程利用WebField ECS-100 DCS控制系統的運行狀況來(lái)看，設備及系統運行安全穩定;運行操作方便快捷;報警聯(lián)鎖及時(shí)可靠;通過(guò)自動(dòng)和手動(dòng)靈活切換和自動(dòng)控制的成功投運，取得了很好的調節控制效果，全面保證了設備的安全、經(jīng)濟運行和生產(chǎn)的穩定增長(cháng)。

    2. WebField ECS-100控制系統簡(jiǎn)介

　　WebField ECS-100控制系統，是中控在繼承JX-300、300X技術(shù)的基礎上，為適應網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，特別是Internet、Web技術(shù)的發(fā)展，并融合了最新的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)，推出的新一代基于網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的控制系統。

　　此系統采用新型的WEB化體系結構，突破了傳統控制系統的層次模型，實(shí)現與多種現場(chǎng)總線(xiàn)的全面兼容以及與第三方異構系統的綜合集成。具有新型的WEB化體系結構，設備管理（SAMS）功能，以及無(wú)隙聯(lián)接HART、FF、PROFIBUS等各種標準的現場(chǎng)總線(xiàn)及各種異構系統等特點(diǎn)，真正實(shí)現了工業(yè)自動(dòng)化系統的網(wǎng)絡(luò )化、智能化、數字化。采用新型的WEB化體系結構，突破了傳統控制系統的層次模型。

　　該控制系統為工業(yè)自動(dòng)化提出新的概念，基于Web on Field結構的公共通訊環(huán)境和信息流，簡(jiǎn)化了工業(yè)自動(dòng)化的體系結構，增強了過(guò)程控制的功能和效率，提高了工廠(chǎng)自動(dòng)化的整體性和穩定性，并且最終節省企業(yè)為工業(yè)自動(dòng)化而作出的投資。

　　WebField ECS-100控制系統由工程師站、操作站、控制站、過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )等組成。

　　具有良好的開(kāi)放性能是分散控制系統軟件的突出特點(diǎn)，其融合了各種標準化的軟、硬件接口，方便地接入最先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)設備和第三方集散控制系統、邏輯控制器等，通過(guò)各種遠程介質(zhì)或Internet網(wǎng)絡(luò )實(shí)現遠程操作。既滿(mǎn)足用戶(hù)的操作要求，又便于維護和使用。

　　同時(shí)，WebField ECS-100控制系統具有良好的兼容性、安全性和易操作性等優(yōu)點(diǎn)，還具有強大的在線(xiàn)組態(tài)、在線(xiàn)調試和強大的圖形功能，面向對象的圖形設計，使圖形及動(dòng)畫(huà)制作方便、靈活;同時(shí)其在原有的C語(yǔ)言二次開(kāi)發(fā)工具的基礎上，系統控制組態(tài)又增加了符合IEC-61131-3標準的組態(tài)工具FBD、LD、SFC、ST等，使DCS與PLC的控制功能得到統一，內置VBA編程，功能強大，可以實(shí)現非常復雜的操作、控制，能夠更好的滿(mǎn)足工業(yè)控制的要求。

    3. 控制系統總體設計方案

　　3.1 系統概述

　　在攀鋼新3高爐TRT項目中，具體有四部分的控制：散熱器控制、BDC筒體控制、排灰控制、透平引煤氣控制。四個(gè)控制部分全部采用DCS系統控制，共設一個(gè)工程師站和三個(gè)操作員站，并通過(guò)過(guò)程控制網(wǎng)SCnetⅡ與系統控制站、通訊接口單元等在兩個(gè)互為冗余的集線(xiàn)器（ HUB ）上直接連接，過(guò)程控制網(wǎng)SCnetⅡ是在Ethernet基礎上開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò )系統，各節點(diǎn)的通訊接口均采用了專(zhuān)用的以太網(wǎng)控制器，數據傳輸遵循TCP/IP協(xié)議。WebField ECS-100 SCnetⅡ網(wǎng)絡(luò )采用雙重化冗余結構，在其中任一條通訊線(xiàn)發(fā)生故障的情況下，通訊網(wǎng)絡(luò )仍保持正常的數據傳輸; 控制站內部I/O控制總線(xiàn)是SBUS總線(xiàn)， 主控制卡、數據轉發(fā)卡、I/O卡通過(guò)SBUS進(jìn)行信息交換。SBUS總線(xiàn)分為兩層：雙重化總線(xiàn)SBUS-S2、SBUS-S1網(wǎng)絡(luò )。

　　在該項目中的散熱器部分主要由四套散熱器組成，正常運行時(shí)兩用兩備。一套散熱器包括兩個(gè)眼鏡閥、一個(gè)氮氣閥、放散閥組成，其主要控制過(guò)程有：散熱器的連鎖投運和停運、散熱器自動(dòng)噴水、放散塔點(diǎn)火控制等。

　　BDC部分由12套布袋除塵器筒體組成，正常運行時(shí)8用4備，一套BDC包括兩個(gè)眼鏡閥、過(guò)濾閥、反吹閥和放散閥各一個(gè)。同時(shí)，公輔設施（比如反吹風(fēng)機等設備）也劃歸該部分進(jìn)行控制。其主要控制過(guò)程有：BDC筒體的自動(dòng)投運和停運，停運控制還有檢修停運和不檢修停運兩種情況，以及BDC筒體的過(guò)濾反吹自動(dòng)控制等。

　　排灰系統包括：布袋筒體及卸灰閥組12套、粉塵計量裝置及排灰閥組12套，12套可同時(shí)排放，也可單獨排放;螺旋輸送機一組（ 共4臺 ）;皮帶輸送機一組（ 共4臺 ）。其控制過(guò)程主要有：筒體的自動(dòng)卸灰和粉塵罐的自動(dòng)排灰，其中就包括皮帶的啟動(dòng)連鎖和停止連鎖控制。

　　連鎖自動(dòng)控制是該工程的主要控制任務(wù)，針對新3號高爐TRT部分的信號量較大的情況，如何更優(yōu)、更簡(jiǎn)便的實(shí)現以上過(guò)程的自動(dòng)過(guò)程將是編程的第一要任。下面就以一套排灰系統（ 布袋筒體及卸灰閥組一套、粉塵計量裝置及排灰閥組一套 ）自動(dòng)控制的實(shí)現對控制策略和編程思想進(jìn)行介紹，其余過(guò)程的自動(dòng)控制實(shí)現方式類(lèi)似。

　　3.2 控制回路介紹

　　3.2.1 布袋筒體卸灰自動(dòng)控制（ 以1#筒體為例 ）

　　筒體內粉塵排放以料位而定，料位高時(shí)卸灰，料位低時(shí)關(guān)，也可人為進(jìn)行排放。當粉塵達到筒體料位上限時(shí)必須排放?？刂七壿媹D如圖1所示。

圖1 卸灰控制邏輯圖

　　3.2.2 粉塵計量裝置排灰

　　粉塵計量裝置內粉塵定量（ 粉塵重達3t，信號來(lái)自稱(chēng)重裝置）排放，當粉塵計量裝置內粉塵達到上料位時(shí)必須排放。

　　12個(gè)粉塵計量裝置共分4組，每3個(gè)粉塵計量裝置為一組，供一臺螺旋輸送機排灰，4組可同時(shí)排灰，但每組內的3個(gè)粉塵計量裝置每次只能有一個(gè)排灰。

　　控制邏輯圖如圖2所示。

圖2 排灰控制邏輯圖

    4. 控制系統編程思想

　　鑒于BDC排灰系統中的布袋筒體及卸灰閥組、粉塵計量裝置及排灰閥組的數量較多，而且考慮到每套布袋筒體及卸灰閥組和每套粉塵計量裝置及排灰閥組的控制邏輯基本一致，只有部分（ 12個(gè)粉塵計量裝置共分4組，每3個(gè)粉塵計量裝置為一組，供一臺螺旋輸送機 ）有所差別，同時(shí)因為在該排灰系統中，有的設備有機旁操作箱，而有的設備沒(méi)有機旁操作箱，其控制完全由CRT完成。為了減少不必要的工作量，提高工作效率，本次在TRT—BDC排灰系統控制系統編程中提出兩種編程思想：

　　一種是利用WebField ECS-100功能強大的自定義功能塊（DFB）——把同一套排灰系統中的各個(gè)設備按控制邏輯在LD段落編輯器里進(jìn)行功能塊梯形圖編程，這樣在成套排灰系統的控制梯形圖里就可以直接調用各個(gè)設備的自定義功能模塊，只需在自定義模塊的相應引腳處輸入設備各自的信號點(diǎn)，就可以達到控制要求，其他成套排灰系統的控制程序就可以拷貝過(guò)去，只修改相對應的信號點(diǎn)就完成另一套排灰系統的編程，可以節省大量的工組量;

　　另一種也是利用WebField ECS-100功能強大的自定義功能塊（ DFB ），與第一種編程思想不同的是把同一個(gè)排灰系統中的不同設備再進(jìn)行歸類(lèi)劃分，從而把這些設備分為7種自定義功能模塊，這樣在成套控制梯形圖里也可以直接調用各個(gè)自定義功能模塊，在成套的排會(huì )[[[灰]]]系統控制程序里對相同類(lèi)型的設備就可以調用相應的自定義功能模塊進(jìn)行編程，同樣也是在很大程度上減少了工作量，提高了工作效率。

    5. BDC排灰系統在CRT上的集中控制

　　根據本次TRT————煤氣全干式除塵排灰系統的各種設備有的有機旁操作箱，而有的沒(méi)有機旁操作箱，以及系統有自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式的控制要求，在程序的編寫(xiě)上相應的在硬件組態(tài)軟件（ Sconfig ）變量欄里加入<系統集中>、<系統機旁>、<系統自動(dòng)>、<系統手動(dòng)>和每個(gè)設備的啟動(dòng)、停止的自定義1字節變量。

　　系統預先定義的變量用于控制信息的交換處理等，在控制組態(tài)里預先定義的變量，可以在SupView軟件里訪(fǎng)問(wèn)這些變量（ 注意： 在控制組態(tài)里預先定義的自定義變量，必須先導入到實(shí)時(shí)監控軟件的數據庫里才能夠在實(shí)時(shí)監控軟件里進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn) ），這里順便提一下全局變量和私有變量，它們都屬于預先定義的變量，雖然全局變量和私有變量都只是在圖形化編程軟件（ SControl ）里預先定義的變量，它們不同在于全局變量是在變量編輯器里預先定義，可在同一個(gè)控制站內的不同的段落內訪(fǎng)問(wèn)，而私有變量是在對象的變量定義里進(jìn)行預先定義，只能在本段落訪(fǎng)問(wèn)，其它段落不能訪(fǎng)問(wèn)在本段落預先定義的私有變量。

　　在CRT的畫(huà)面建立上也考慮<系統集中>與<系統機旁>的切換控件、<系統集中>與<系統機旁>的切換控件和設備在集中控制CET畫(huà)面上也設置相應控件達到集中控制的目的（ 以1#排灰系統的卸灰控制畫(huà)面為例，見(jiàn)圖3所示）。

圖3 1#BDC卸灰操作畫(huà)面

　　在CRT上的控件有兩種功能： 一種是運行狀態(tài)顯示; 一種是控制操作。其中運行顯示在<動(dòng)畫(huà)>選項里進(jìn)行設置，在數據源設置處選擇預先定義變量B1_XH_CEN與動(dòng)畫(huà)形成動(dòng)態(tài)連接。

　　控制操作在<編輯腳本>里用Visual Basic語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)達到控制要求。

　　排灰系統的各個(gè)設備和信號經(jīng)過(guò)以上步驟的編程、設置，就基本上完成了系統的控制編程，之后便可進(jìn)行運行調試，首先是工程師站、操作員站、控制站、網(wǎng)絡(luò )通訊的調試運行;之后再是現場(chǎng)系統的聯(lián)機調試與運行。

    6. 總結

　　WebField ECS-100 控制系統基于Web On Field 結構的公共通訊環(huán)境和信息傳送，簡(jiǎn)化了工業(yè)自動(dòng)化的體系結構，增強了過(guò)程控制的功能和效率，提高了工業(yè)自動(dòng)化的整體性和穩定性，最終使企業(yè)節省了為工業(yè)自動(dòng)化而做出的投資，真正體現了工業(yè)基礎自動(dòng)化的開(kāi)放性精神。通過(guò)此次WebField ECS-100控制系統在攀鋼新3號高爐TRT——煤氣全干式除塵系統中的順利運行，證實(shí)其性能可靠，運行平穩，操作簡(jiǎn)單，維護方便，并為今后大中型高爐TRT的建設積累了大量的經(jīng)驗，具有很高的推廣價(jià)值。

    參考文獻：

　　[1] 計算機控制系統-原理與設計（第三版）。周兆英 譯，電子工業(yè)出版社，2001。

　　[2] 攀鋼四高爐TRT“全干式”除塵的探索 。李先才等， 冶金動(dòng)力 2001年第5期

　　[3] WebField ECS-100控制系統說(shuō)明書(shū)。杭州，浙江中控技術(shù)有限公司，2004。

　　[4] SupView軟件說(shuō)明書(shū)。杭州，浙江中控技術(shù)股份有限公司，2004。