作者簡(jiǎn)介： 梁建輝，男，吉林北華大學(xué)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，現就職于宜科（天津）電子有限公司工作。職稱(chēng)工程師。主要從事電氣自動(dòng)化系統的開(kāi)發(fā)設計、系統編程及調試系統集成工作。

    摘要：介紹現場(chǎng)總線(xiàn)模塊的原理及FC200現場(chǎng)總線(xiàn)模塊產(chǎn)品的特點(diǎn)，結合轉爐工藝特點(diǎn)配置系統硬件及參數設置；根據轉爐工藝要求介紹編程要點(diǎn)。FC200現場(chǎng)總線(xiàn)模塊是成熟的產(chǎn)品，經(jīng)現場(chǎng)應用結果表明它能出色應用在冶金等行業(yè)，相比傳統集中式系統節約大量有色金屬，減少自動(dòng)化系統的整體投資，提高可靠性，方便維護。
關(guān)鍵詞：現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)；氧氣頂吹轉爐煉鋼；PLC編程

     隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)應用的擴大，采用傳統集中式???模塊布置的方法已經(jīng)難以滿(mǎn)足用戶(hù)要求，在浪費大量有色金屬電纜同時(shí)使現場(chǎng)信號衰減，長(cháng)電纜容易引入干擾，且如果斷線(xiàn)或短路后查找故障位置困難。在通訊和電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在信號采集點(diǎn)附近配置分布式???已經(jīng)是大勢所趨。本項目采用?????分布式???模塊產(chǎn)品，支持多種工業(yè)總線(xiàn)：????????、?????????、???????、????????、工業(yè)以太網(wǎng)等；有豐富的???模塊，齊全的功能模塊：通訊、驅動(dòng)、高速計數等，緊湊設計，結構穩固，節約空間，背板總線(xiàn)設計，靈活擴展，可快速、簡(jiǎn)易安裝在標準?????型導軌；卡簧接線(xiàn)排，方便接線(xiàn)；高運行穩定性；編程兼容?????????????等軟件；支持?????的?????（運行中配置硬件設備）功能，可在以后改造時(shí)不停機添加新的???配件；具有良好的性?xún)r(jià)比。本文結合河北某鋼廠(chǎng)新建的???氧氣頂吹轉爐煉鋼自動(dòng)化控制系統，詳細介紹?????現場(chǎng)總線(xiàn)模塊在自動(dòng)化領(lǐng)域的應用。

    1 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)

    現場(chǎng)總線(xiàn)是以單個(gè)分散的數字化智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，用總線(xiàn)相連接實(shí)現相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò )系統與控制系統。

    FC200系統支持市場(chǎng)上占有率最大的幾大總線(xiàn)，即Profibus、DeviceNet、CanOpen、Interbus、工業(yè)以太網(wǎng)等，可最大限度地方便行業(yè)及用戶(hù)習慣選用。使用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)能節省硬件成本，設計組態(tài)安裝調試簡(jiǎn)便，系統的安全可靠性好，減少故障停機時(shí)間，系統維護設備更換和系統擴充方便。曾有機構作過(guò)傳統系統與使用Profibus系統的費用測算，在相同功能及點(diǎn)數情況下，Profibus總線(xiàn)系統比傳統4~20mA系統節約工程費、安裝費及硬件費共計約43%以上。

    2 氧氣頂吹轉爐煉鋼

    氧氣頂吹轉爐煉鋼是現在被廣泛采用的煉鋼法。按照配料要求，先把廢鋼等裝入轉爐內，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內，吹入氧氣（純度大于99％的高壓氧氣流），使它直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應，除去雜質(zhì)。在除去大部分硫、磷后，當鋼水的成分和溫度都達到要求時(shí)，即停止吹煉，提升噴槍?zhuān)瑴蕚涑鲣?。出鋼時(shí)使爐體傾斜，鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時(shí)加入脫氧劑進(jìn)行脫氧和調節成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋制成各種鋼材。與煉鋼轉爐相配套的有一次除塵風(fēng)機、煙氣凈化、煙氣冷卻、散料運輸及鐵合金稱(chēng)量系統等。轉爐氧槍及傾動(dòng)系統要求配有嚴格聯(lián)鎖要求，以保證各自能正常工作。

    3 系統硬件配置

    該轉爐煉鋼自動(dòng)化控制系統項目主要由本體PLC、風(fēng)機房PLC、汽化冷卻PLC、散料上料PLC子系統組成。除本體采用S7-400的414-3PLC以外，其余子系統采用S7-300的315-2DP的PLC。本體PLC下帶六個(gè)FC200的Profibus-DP分站，其余PLC各帶兩個(gè)FC200的Profibus-DP分站。整個(gè)系統共配置的I/O模塊點(diǎn)數如表1所示。

    表1

                

                    

                                  圖1本體的硬件組態(tài)配置圖

    本體I/O分站采取就近放置原則，最大限度地減少現場(chǎng)電纜長(cháng)度，為用戶(hù)節約電纜及橋架硬件投入和施工費用。FC200模塊標準35mmDIN導軌安裝，單槽模塊寬度僅為25.4mm，高度和深度分別為76mm，占用柜體空間很少。前端接線(xiàn)端子為彈簧夾式，實(shí)現安全免維護接線(xiàn)。拔下前端接線(xiàn)端子即可更換模塊，維護方便?，F場(chǎng)儀表中壓力變送器使用ELCO公司的PS604系列，具有醒目的可旋轉紅色LED顯示，不銹鋼外殼適合冶金現場(chǎng)惡劣的環(huán)境。PS604壓力變送器通過(guò)ECP系列配電器接入附近的I/O分站。

    PLC系統及I/O分站系統的接地與低壓系統及變頻器系統分開(kāi)，消除由于共接地系統引起的干擾問(wèn)題。

    4 參數設置

    在STEP7硬件組態(tài)中，FC200的AI-BD40模塊可設置電流輸入的類(lèi)型，AI-BF00可設置熱電阻或熱電偶輸入，打開(kāi)或關(guān)閉斷線(xiàn)監測功能，以及每秒的測量轉換次數，使用戶(hù)在精度和速度之間權衡。AO-BD40模塊可設成4~20mA或0~20mA輸出。一般把不用的模擬量通道取消激活，提高系統檢測速度。

    5 編程要點(diǎn)

    5.1 氧槍下槍聯(lián)鎖與故障自動(dòng)提槍聯(lián)鎖

    氧槍下槍吹煉要具備很多條件才能進(jìn)行，條件不具備輕則會(huì )損壞氧槍?zhuān)貏t造成炸爐事故。同理當正在吹煉時(shí)當出現故障要能自動(dòng)提槍?zhuān)员惚Ｗo系統。當條件不具備時(shí)PLC鎖定輸出后，為讓操作人員迅速找出原因，并在必要時(shí)解除聯(lián)鎖，為此在上位機畫(huà)面上用復選框做出選擇畫(huà)面并指示狀態(tài)，如圖2所示。

                 

                                圖2 上位機選擇畫(huà)面

    5.2 散料下料振料設定及下料累計

    用戶(hù)要求給料振打能根據稱(chēng)量斗的值和設定值自動(dòng)停振，且在稱(chēng)量斗放料后能累計放料的料種和放料量，為此在編程中設置兩套比較系統，分別由振斗工作狀態(tài)和放料閥工作狀態(tài)來(lái)啟動(dòng)。

    5.3和其它子系統傳遞數據

    本體PLC系統與其它配套系統如散料上料PLC、風(fēng)機房PLC、汽化冷卻PLC系統因距離較遠，均用光纖和環(huán)網(wǎng)交換機聯(lián)成100M以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，故子系統間交換數據通過(guò)環(huán)網(wǎng)完成，速度快，抗干擾能力強，當環(huán)網(wǎng)中一點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)不影響使用。
編程使用STEP7中的SFB14（讀）和SFB15（寫(xiě)）塊，在子系統中（如風(fēng)機房PLC）設定用于通訊的DB塊，這樣可把風(fēng)機房中一次轉塵風(fēng)機的轉速傳至本體PLC上做聯(lián)鎖使用。

    5.4 和鋼水測溫槍數據連接

    每爐鋼吹煉后都要測量鋼水溫度，以確定是否到達吹煉終點(diǎn)。測溫槍每爐的測溫數據要傳入PLC并記錄在上位機的數據系統，方便檢索。傳統的4~20mA傳輸會(huì )因零點(diǎn)及其它干擾原因存在偏差，這在用戶(hù)方面是不允許的。因此這個(gè)項目中直接把測溫槍的BCD碼數據接入FC200的NPN型的DI輸入模塊，在編程時(shí)再把BCD碼轉為二進(jìn)制歸檔。

    5.5 吹氧吹氮時(shí)間計時(shí)

    轉爐氧槍下槍吹煉后需要計算吹氧時(shí)間，濺渣時(shí)計算吹氮時(shí)間；如果用系統時(shí)間來(lái)實(shí)現比較復雜，本項目采用兩個(gè)計數器，分別定義為秒計數器和分計數器，當下槍吹煉的標志出現時(shí)，使用PLC屬性自定義的秒脈沖來(lái)驅動(dòng)秒計數器，滿(mǎn)60秒后產(chǎn)生脈沖驅動(dòng)分計數器，簡(jiǎn)單可靠。吹煉的標志采用氧氣或氮氣快速切斷閥開(kāi)到位信號及氣體流量達到一定值時(shí)同時(shí)驅動(dòng)，避免由于閥開(kāi)位信號或流量信號出現問(wèn)題時(shí)使計時(shí)停止的問(wèn)題。

    6 使用效果

    當需要實(shí)現新的工藝而增加新的受控設備時(shí)，就要對原控制系統的硬件組態(tài)進(jìn)行更改。本轉爐控制系統利用ELCO公司FC200分布式I/O模塊產(chǎn)品結合西門(mén)子的控制系統的CiR功能實(shí)現了在轉爐正常生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)行硬件組態(tài)更改，如FC200分布式I/O模塊的添加、刪除和重新參數化，甚至增加或減少若干FC200控制分站時(shí)無(wú)需停機和設備重啟，不會(huì )造成控制系統的死機，縮短了調試時(shí)間，無(wú)需中斷當前的轉爐吹煉生產(chǎn)過(guò)程，減少了停機損失。這樣，新工藝新技術(shù)就得以最快速度的實(shí)現，提高了鋼廠(chǎng)快速適應市場(chǎng)變化的能力。

    經(jīng)過(guò)半年的運行使用，FC200現場(chǎng)總線(xiàn)模塊工作穩定，沒(méi)有出現自身原因的質(zhì)量問(wèn)題，整個(gè)自動(dòng)化系統運行可靠，保證煉鋼生產(chǎn)的進(jìn)行，同時(shí)為用戶(hù)節約了大量的電纜投資和安裝費用。FC200與其它IP20分布I/O相比，具有體積小巧、安裝密度大、節約柜體空間、性?xún)r(jià)比高，得到用戶(hù)的廣范認可。

                    

                                             圖3現場(chǎng)圖