前言：宣鋼9#高爐噴煤控制系統采用德國西門(mén)子的PCS7系統, 該系統融傳統的DCS與PLC優(yōu)點(diǎn)于一體，并支持多種國際現場(chǎng)總線(xiàn)標準。工程設計人員選用工業(yè)以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)結合，完成現場(chǎng)數據采集、控制，與其它過(guò)程站的通迅，數據的存貯、歸檔、顯示。

    1、硬件配置

    宣鋼9#高爐噴煤控制系統硬件采用德國西門(mén)子的PCS7系統，系統為冗余控制系統，支持熱插拔。當主CPU由于故障停機時(shí)，從CPU無(wú)條件的切換成主CPU，對生產(chǎn)不會(huì )造成任何影響?？刂葡到y電源采用PS407 10A，CPU采用CPU 414-4H，通信處理器模塊為CP443-1，I/O通信模件為ET200，使用I/O模件完成數據采集及設備控制。

    操作員站選用西門(mén)子工控機2套，操作員站和CPU之間采用10MB的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，組成以TCP/IP協(xié)議為通訊基礎的工業(yè)控制以太網(wǎng)，滿(mǎn)足過(guò)程監視、控制及管理自動(dòng)化的要求。

     噴煤PCS7系統硬件配置如圖1:


    噴煤PCS7系統硬件配置圖1

    1.2電源模板（PS407 10A）

    電源模板（PS407 10A），用于對SIMATIC S7-400的供電，將AC或DC網(wǎng)絡(luò )電壓轉換為所需的5V DC或24V DC工作電壓，輸出電流為10A，電源模板安裝在機架最左面（從槽位1開(kāi)始），根據配置，它們可占用槽1到槽3。

    1.3中央處理器模板（CPU 414-4H）

    CPU414-4H適用于中等性能應用范圍中有較高要求的場(chǎng)合，能滿(mǎn)足對程序規模和指令處理速度及復雜通信的更高要求，支持冗余，集成的Profibus-DP接口使它能夠作為主站，直接連到Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)；擴展的存儲能力，256KBRAM分別用于程序和數據存儲；靈活的擴展性，可連接多達131072個(gè)數字量或81932個(gè)模擬量的I/O；多點(diǎn)接口（MPI），用MPI最多能夠建立32個(gè)站的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )，其數據傳輸速率最大為12Mb/s。

    1.4通信處理器模塊（CP443-1）：

    CP443-1是SIMATIC S7-400用于工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)系統的通信處理器，它有自己的微處理器，因而能減輕CPU的通信任務(wù)和進(jìn)一步擴展連接，通過(guò)CP443-1，S7-400可以實(shí)現與編程設備、計算機、HMI設備的通信。

    1.5 I/O通信模件為ET200

    ET-200作為從站連接到Profibus-DP，適用于冗余系統。每個(gè)ET200后面帶有所需的數字量I/O模塊和模擬量I/O模塊。接收來(lái)看現場(chǎng)的信號，通過(guò)Profibus-DP總線(xiàn)連接到CPU，供CPU處理。

    1.6I/O模件

    本系統用的I/0模件均為300的卡件，僅此一項，就可節約費用上萬(wàn)元。I/O模件用于接收現場(chǎng)的信號。主要有數字量輸入模件DI，數字量輸出模件DO，模擬量輸入模件AI，溫度處理模件RTD和TC。

    1.7操作員站

    2、軟件配置

    高爐噴煤工控機上裝有Windows 2000英文版操作系統，組態(tài)軟件為西門(mén)子公司PCS76.0英文版。

    它是集組態(tài)（包括硬件配置、控制策略、HIS即人機接口等組態(tài)）、工程調試和診斷功能為一體的工具軟件包。系統通過(guò)多屏圖形卡可以將最多四個(gè)過(guò)程監視器連接在一起來(lái) 擴展工作區，使得組態(tài)更為簡(jiǎn)便。工程系統的系統軟件可以根據過(guò)程對象的數量來(lái)擴展，根據需要，其數量可以隨時(shí)使用 PowerPack 升級包來(lái)增加。在程序編制中，編程人員主要用了CFC編程，SFC編程。監控軟件，主要應用WinCC6.0。

    2.1連續功能圖 CFC編程

    CFC是一種用于圖形化組態(tài)連續自動(dòng)化功能的工具。通過(guò)功能強大的自動(dòng)布線(xiàn) 和集成報文組態(tài)，預定義的塊可以在 CFC 中定位、進(jìn)行參數化和互連。在生成一個(gè)新的CFC 時(shí)，可以根據圖名 生成一個(gè)順序組。所有安裝在順序圖中 的塊可以自動(dòng)添加到該順序組。在編譯時(shí)可對順序進(jìn)行優(yōu)化。根據算法先確定最佳的塊順序，然后是組順序。

    2.2順序功能圖SFC編程

    SFC可用于圖形化組態(tài)批量生產(chǎn)的順序控制。每個(gè) SFC 都具有用于控制和用于狀態(tài)信息的輸入及輸出。如果需要的 話(huà)，SFC 可直接在 CFC 中定位和互連。 只需簡(jiǎn)單的操作，即可選擇所需的 CFC 塊連接，并連接到定序器的步或過(guò)渡點(diǎn)。符合標準 ISA S88 的狀態(tài)管理允許每個(gè) SFC 最多組態(tài)8個(gè)單獨的順序鏈，用于特殊操作，例如保持或放棄狀態(tài)、安全狀態(tài)或各種操作模式。對于 SFC 組態(tài)，提供有簡(jiǎn)便的編輯功能，以及功能強大的測試和調試功能。

    2.3工業(yè)監控組態(tài)軟件

    工業(yè)監控組態(tài)軟件WinCC是一個(gè)集成的人機界面系統和監控管理系統，它是在Windows環(huán)境下，面向對象的32位工業(yè)監控組態(tài)軟件，適合任何自動(dòng)化控制系統。該組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)、人機界面技術(shù)、數據庫技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )與通信技術(shù)等，使控制系統開(kāi)發(fā)人員不必依靠某種具體專(zhuān)業(yè)的計算機語(yǔ)言，只需通過(guò)可視化的組態(tài)方式，就可完成監控軟件設計，降低了監控畫(huà)面開(kāi)發(fā)難度。組態(tài)軟件擁有豐富的工具箱、圖形庫和操作向導，使開(kāi)發(fā)人員避免了軟件設計中許多重復性開(kāi)發(fā)工作，可提高效率，縮短開(kāi)發(fā)周期，它已經(jīng)成為監控系統主要軟件開(kāi)發(fā)工具之一。

    采用西門(mén)子Wincc6.0軟件設計監視畫(huà)面，對操作界面漢化，進(jìn)行制煤、噴煤的主要操作及狀態(tài)顯示；能根據生產(chǎn)需要實(shí)現參數修改，包括故障報警顯示及查找等。上位機管理系統要完成對噴煤數據的管理工作，通過(guò)控制系統與上位機的雙向通訊。其優(yōu)點(diǎn)有：上位機在漢化的操作界面下管理著(zhù)操作者的所有輸入，并以輸入內容做出檢查，避免出錯，操作非常容易；避免操作人員直接與控制系統接觸，可防止因誤操作而破壞程序。

    本系統主要有以下操作畫(huà)面：

    原煤儲運系統工藝流程模擬畫(huà)面；

    制煤系統工藝流程模擬畫(huà)面；

    噴吹系統工藝流程模擬畫(huà)面；

    加熱爐系統工藝流程模擬畫(huà)面；

    噴煤系統工藝流程模擬畫(huà)面；

    3噴煤工藝控制

    3.1原煤儲運系統

    配煤系統包括三臺圓盤(pán)給料機和三臺皮帶稱(chēng)。圓盤(pán)給料機采用變頻器控制，通過(guò)控制變頻器的頻率，達到控制其轉速的目的，從而調節圓盤(pán)給料機下料量的多少，達到所需的重量和煤種之間配比的要求。

    3.2制粉系統

    制粉系統主要包括一臺中速磨機、粗粉分離器和布袋收粉器三部分。煤在中速磨中磨成煤粉，煤粉經(jīng)粗粉分離器被主抽風(fēng)機抽到布袋收粉器中，煤粉被收集到煤粉倉中。

    制粉系統的主要控制有：

    3.2.1磨煤機入/出口溫度控制

    煤粉輸送氣體。由于熱風(fēng)爐廢氣溫度變化較大，因此用加熱爐產(chǎn)生高溫煙氣與熱風(fēng)爐廢氣混合，為磨煤機提供一定的干燥和溫度穩定的氣體。磨煤機入口溫度可通過(guò)比值調節實(shí)現，即調節加熱爐產(chǎn)生高溫煙氣與熱風(fēng)爐廢氣的混合比值來(lái)控制入口溫度。在制粉系統中磨煤機出口粉溫度要比入口溫度重要，由于受磨煤機負荷及原煤干濕程度的影響，磨煤機出口風(fēng)粉溫度較難控制，因此可將磨煤機入口溫度控制作為副環(huán)，出口風(fēng)粉溫度作為主環(huán)構成串級，這樣,減少了滯后，提高了抗干擾能力。

    3.2.2中速磨機負荷控制

    中粗磨機是整個(gè)制粉系統的核心部分，負荷自動(dòng)控制就是在保證噴吹要求的前提下，使中速磨機在最經(jīng)濟的工況下運行。磨煤機負荷自動(dòng)控制通常都是通過(guò)調節給煤機給煤量來(lái)實(shí)現，通過(guò)變頻器控制給煤皮帶的速度，從而控制給煤量。

    3.2.3磨煤機前負壓控制

    在使用中速磨制粉時(shí)，由于煤粉的細度與通風(fēng)量之間是比例關(guān)系，因此保持磨煤機的風(fēng)量不變，則煤粉的細度不變。保持磨煤機前負壓的穩定，便能達到風(fēng)量穩定的目的。實(shí)際上負壓控制就是煤粉細度的控制，同時(shí)也能防止煤粉外泄。

    3.3 噴吹系統

    噴吹系統主要是向高爐輸送煤粉，細煤粉利用自重從煤粉倉落到噴吹罐中，并用氮氣充壓。每座高爐都設計有兩個(gè)噴吹罐，當一個(gè)噴吹罐裝滿(mǎn)煤粉并充壓到壓力設定值后，開(kāi)始噴煤，噴空后，另一個(gè)裝滿(mǎn)煤粉的噴吹罐就與煤粉輸送管道接通，經(jīng)過(guò)短暫的過(guò)渡，噴空的操作罐開(kāi)始卸壓、裝煤粉和再充壓。

    為了保證噴吹量的穩定，需保持噴吹罐內壓力的穩定，通過(guò)調節補壓調節閥的開(kāi)度可保持罐壓在設定范圍之內。補壓設定值與罐壓實(shí)測值比較運算后，通過(guò)罐壓調節畫(huà)面設定輸出補壓調節閥的開(kāi)度。功能框圖見(jiàn)圖2。



    在一定的噴吹壓力下穩定流化氮氣量和壓縮空氣補氣量，改變輸煤阻力和固氣比。人工設定噴吹率設定值和罐壓，通過(guò)調節補氣調節閥來(lái)調節噴吹率，補氣調節閥根據采樣數據，將設定噴吹率與實(shí)際噴吹率相比較，當設定值大于實(shí)際值時(shí)，閥位開(kāi)大，反之，閥位開(kāi)小。

    閥門(mén)的控制分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，在自動(dòng)方式時(shí)，根據自動(dòng)倒罐的條件，自動(dòng)順序開(kāi)關(guān)相應閥門(mén)。手動(dòng)方式又分為單動(dòng)和聯(lián)動(dòng)兩種方式，根據工藝要求，單個(gè)控制閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)不受其他條件的限制；在聯(lián)動(dòng)方式下，需在滿(mǎn)足聯(lián)鎖保護條件和閥門(mén)開(kāi)關(guān)順序的情況下才能操作。

    緊急停噴和閥門(mén)故障時(shí)均發(fā)出報警信號，提醒操作人員及時(shí)準確定位處理。

    3.4熱爐系統

    該系統為制粉系統提供干燥原煤和輸送煤粉的干燥氣。干燥氣是熱風(fēng)爐廢氣與煙氣爐煙氣的混合氣體，主要采用熱風(fēng)爐廢氣，不足熱量由煙氣爐煙氣補充。為了保證磨煤系統所需的一定溫度及流量的一次混合干燥氣，必須實(shí)現干燥氣流量和溫度的動(dòng)態(tài)調節，使出口溫度處于規定值內，并通過(guò)磨煤機出口溫度變化情況進(jìn)一步控制和調節磨煤機入口的熱風(fēng)爐廢氣調節閥的開(kāi)度。當高爐煤氣壓力高于高定值或低于低定值時(shí)，系統自動(dòng)關(guān)閉高爐煤氣切斷閥。冷空氣調節系統由操作人員根據中速磨所需熱風(fēng)的溫度的高低，通過(guò)計算機手動(dòng)調節閥門(mén)開(kāi)度來(lái)混兌冷空氣。

    高爐噴煤控制系統的操作員站由兩臺西門(mén)子工控機組成，一臺用來(lái)顯示噴煤系統主畫(huà)面，另一臺用來(lái)顯示生產(chǎn)操作技術(shù)參數，兩臺互為熱備份。工控機具體配置為P4處理器，2.4GHz主頻，1G內存，80GB硬盤(pán)，Windows 2000英文操作系統，19英寸SVMSUNG CRT。

    3.5工業(yè)網(wǎng)絡(luò )構成

    過(guò)程站、操作員站、工程師站通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現通訊，符合工業(yè)以太網(wǎng)標準IEEE802.3,采用TCP/IP協(xié)議,32位數據總線(xiàn),每秒100Mbit。傳輸介質(zhì)為光纖，網(wǎng)絡(luò )結構單環(huán)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )上任一處的斷裂，而不會(huì )影響網(wǎng)絡(luò )的通迅。我廠(chǎng)工程技術(shù)人員準備改造網(wǎng)絡(luò )為光纖雙環(huán)網(wǎng)，這樣就使網(wǎng)絡(luò )的通迅更加的穩定。

    4、結束語(yǔ)

    以上介紹了SIEMENS PCS7開(kāi)放系統的硬件系統的構成、宣鋼9＃高爐噴吹系統控制方案，在程序設計中始終貫徹安全第一的思想。該系統自投運以來(lái)，高爐在生產(chǎn)正常的情況下，相比同等類(lèi)型的高爐，利用系數高出0.2左右，收到了可觀(guān)的經(jīng)濟效益。另外，更重要的是，也說(shuō)明自動(dòng)化系統的初投資，能從生產(chǎn)中不斷取得經(jīng)濟效益，這是值得人們關(guān)注的問(wèn)題。
 
    作者信息：王春元  2004年畢業(yè)于內蒙古科技大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，助理工程師。

    工作單位: 河北省宣化鋼鐵公司煉鐵廠(chǎng)

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