摘要：本文詳細闡述了Industrial IT自動(dòng)控制系統在宣鋼六號高爐煉鐵生產(chǎn)中的成功應用，著(zhù)重介紹了系統的硬件配置、網(wǎng)絡(luò )通訊及其實(shí)現功能。體現了該系統結構合理、功能完善、性能穩定可靠、控制精度高等特性，從而滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

　　關(guān)鍵字：ABB AC800F 硬件 通訊 控制

　　1、 前言

　　2008年6月，對宣鋼六號高爐進(jìn)行了大修。之前，自控系統均采用ABB公司Industrial IT F2K系統，為了更好的滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，現采用ABB　Industrial IT AC800F DCS 系統。該系統控制穩定、可靠、故障率低，將先進(jìn)控制思想、現代通訊技術(shù)和IT技術(shù)的最新發(fā)展集于一身。實(shí)踐證明，采用AC800F DCS 系統后，很好地實(shí)現了六爐槽下、爐頂、熱風(fēng)的自動(dòng)控制。

　　2、 系統介紹

　　AC800F系統是ABB公司推出的具有世界領(lǐng)先水平的全能綜合型開(kāi)放系統，融傳統的DCS和優(yōu)點(diǎn)于一體并支持多種國際現場(chǎng)總線(xiàn)標準。即具備 DCS復雜模擬回路調節能力、友好的人機界面（HMI），又具有與高檔PLC指標相當的高速邏輯和順序控制性能。系統既可連接常規I/O，又可連接 RemoteI/O 及Prlfibus、FF、CAN、 Modbus等各種現場(chǎng)總線(xiàn)設備。系統具備高度的靈活性和極好的擴展性，無(wú)論是小型生產(chǎn)裝置的控制，還是超大規模的全廠(chǎng)一體化控制，甚至對于跨廠(chǎng)的管理控制應用，Industrial IT都能應付自如。該系統升級到V6.2及更高版本，系統容量可達到140800個(gè)I/O，今后如果系統需要擴展，可直接在此基礎上增加I/O或現場(chǎng)總線(xiàn)儀表，利于今后發(fā)展。

　　系統包括操作級與過(guò)程級，操作級包括傳統控制功能，如操作與監視，歸檔與信息記錄，趨勢與報警，回路與邏輯控制功能等，為便于管理，所有功能都可在相應過(guò)程站中執行。做為過(guò)程級是由一個(gè)或幾個(gè)過(guò)程站組成，每個(gè)過(guò)程站由AC800F和擴展單元I/O組成。過(guò)程站CPU可以配置為冗余也可為不冗余系統，系統具有各種I/O模件與現場(chǎng)各種類(lèi)型過(guò)程信號相連接。系統提供了兩種工業(yè)總線(xiàn)，過(guò)程站總線(xiàn)用于Pfofibus DP通信；I/O總線(xiàn)用于現場(chǎng) I/O數據通信，具有較高的安全性和較強數據可靠性。DigiNet s 系統總線(xiàn)用于過(guò)程級和操作級，通信傳輸介質(zhì)可以選擇同軸電纜或光纜。

　　該系統配備了多個(gè)過(guò)程站和多臺操作站：工程師站使用工控PC機作為工程師站，系統操作員站運行在工業(yè)PC機上，全中文Digivis軟件包基于MS Windows IT 平臺，其圖形操作接口增強了系統的使用與操作，此外，還可能提高外部設備指標如顯示器、打印機等使系統操作更方便。該控制系統在一臺PC機上完成操作與監控，系統可擴展至100個(gè)操作員站和100個(gè)過(guò)程控制站。

　　3、 自控系統硬件結構及網(wǎng)絡(luò )連接

　　此次大修，將硬件設備全部更新，在設備自動(dòng)控制和數據采集、通訊上有了提高。自控系統結構及硬件圖如下：

（系統結構圖）

（硬件圖）

　　3.1工程師站ES

　　當把應用軟件CBF安裝在計算機上，這臺計算機就成為工程師站，可用于自動(dòng)過(guò)程級控制的組態(tài)，還可以完成操作員級畫(huà)面、記錄與歸檔畫(huà)面的組態(tài)，還可進(jìn)行過(guò)程調試。系統編程軟件分為項目生成一個(gè)項目文件，雖然每個(gè)控制器均開(kāi)辟一定空間作為數據變量存儲區，但在系統編程軟件上僅為一個(gè)全局系統變量表，操作員站與過(guò)程站之間的數據交換直接存取。變量的修改與檢查也是系統全局，系統的過(guò)程站與操作員站的組態(tài)為一套軟件。實(shí)現了系統全局數據庫技術(shù)，即 “分散存儲，全局管理”。

　　3.2過(guò)程控制站PS

　　對過(guò)程設備的控制、運算（加、減、乘、除及邏輯運算）、監控、趨勢采集的組態(tài)都在過(guò)程站下面組態(tài)完成，過(guò)程站的硬件設備包括AC800F和各種模件。

　　根據工藝要求，整個(gè)控制系統由兩個(gè)過(guò)程站完成，槽下過(guò)程站和熱風(fēng)過(guò)程站。槽下過(guò)程站位于槽下，用于對槽下上料、爐頂上料的自動(dòng)控制，熱風(fēng)爐過(guò)程站，位于熱風(fēng)操作室，用于熱風(fēng)爐和高爐的各種溫度、壓力、流量等儀表信號的采集。兩個(gè)過(guò)程站均采用冗余AC800F控制器?，F場(chǎng)控制器AC800F下掛 S800 I/O模件，之間的通訊采用Profibus DP現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議。AC800F現場(chǎng)控制器的Profibus模件（FI830）與冗余連接模件 （RLM01） 經(jīng)Profibus DP線(xiàn)連接，再連接到CI840 模件，CI840是標準Profibus-DP/DPV1全冗余通信接口，CI840通過(guò)配套TU847底座實(shí)現冗余連接，保證了數據通訊的可靠性。下圖是AC800F現場(chǎng)控制器與S800 I/O站之間的連接圖。

　　3.3操作員站OS

　　用于對各工藝過(guò)程及參數進(jìn)行監控，顯示生產(chǎn)流程畫(huà)面，趨勢畫(huà)面，記錄，報警等的組態(tài)。槽下配有2臺工控機作為操作站,用于對槽下上料及爐頂上料的監控。六爐主控室也有兩臺操作站，用于高爐自控系統運行狀態(tài)的監控及上料料單的設定等。在熱風(fēng)操作室，配有1臺工控機作為操作站，對四座熱風(fēng)的狀態(tài)進(jìn)行監控。

　　3.4通訊網(wǎng)絡(luò )

　　過(guò)程站、操作站、工程師站間的通訊通過(guò)DigiNet S實(shí)現，數據通信采用冗余光纖環(huán)網(wǎng)方式，遵循工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議。在各節點(diǎn)安裝兩個(gè)工業(yè)級光纖交換機，采用冗余方式，每一接點(diǎn)的交換機有故障時(shí)，均可自動(dòng)切換。光纖環(huán)網(wǎng)保證任一接點(diǎn)斷電，故障，任一段光纖中斷都不影響整個(gè)系統通訊，實(shí)現了通訊接口完全冗余。

　　這樣，系統各節點(diǎn)間的的相互通迅，將過(guò)程站、工程師站、操作站及模件等各硬件設備連接起來(lái)構成一個(gè)分布式控制系統的通迅網(wǎng)絡(luò )。見(jiàn)下圖

　　4、 過(guò)程站實(shí)現功能

　　4.1槽下過(guò)程站

　　4.1.1槽下上料

　　槽下過(guò)程站主要控制槽下上料，高爐本體上料及通訊。本次大修，槽下設備也進(jìn)行了相應的改動(dòng)。稱(chēng)斗由原來(lái)的5個(gè)增加為7個(gè)，1至4號稱(chēng)斗各有兩個(gè)振動(dòng)篩，對應4個(gè)給枓機，5至7號稱(chēng)斗為一個(gè)振動(dòng)篩，每個(gè)稱(chēng)斗對應2個(gè)給料機。兩個(gè)焦斗，其中1號焦斗新增給料機。另外，參與自動(dòng)控制的設備還有中間斗，皮帶，返礦皮帶，主卷?yè)P，返焦。

　　稱(chēng)斗：稱(chēng)斗對應的給料機均為變頻控制。根據料單輸入的礦種、礦重，進(jìn)行篩料，同時(shí)，根據流量、零點(diǎn)進(jìn)行計算，并做出補償。

　　焦斗：也是根據料單的重量及選擇情況，進(jìn)行篩料。

　　皮帶：根據中間斗、翻板情況，自動(dòng)啟皮帶低速，5秒后高速運行。

　　中間斗：稱(chēng)斗放料，經(jīng)主皮帶將入爐物料送至中間斗，再經(jīng)主卷?yè)P入爐。

　　主卷?yè)P：根據裝料方法，判定焦、礦，開(kāi)焦或中間斗料門(mén)，通過(guò)變頻控制啟動(dòng)主卷?yè)P，運行過(guò)程中，根據時(shí)間進(jìn)行了高、中、低速的選擇。為保證主卷?yè)P正常運行，兩個(gè)變頻器一用一備。

　　返礦皮帶：當稱(chēng)斗空需要篩料或有振動(dòng)篩工作時(shí)，啟動(dòng)返礦皮帶。

　　返焦：東、西兩返焦投自動(dòng)。并根據現場(chǎng)實(shí)際需要，在啟動(dòng)焦篩后，有啟一車(chē)或兩車(chē)的選擇。

　　軟水的控制：對膨脹罐充壓閥、溢流閥進(jìn)行控制，還可放散閥還可調節。同時(shí)，對膨脹罐液位，壓力進(jìn)行監控。

　　槽下自控關(guān)鍵部分有料單的分解，處方的運行，篩料時(shí)變頻的控制以及主卷?yè)P、焦炭的自動(dòng)控制。

　　在料單的分解、運行中及處方的運行中，大量運用了順序功能塊圖SFC和功能塊圖FBD，對料單進(jìn)行初始設定并對所送料單的裝序進(jìn)行判斷，對裝法中的焦、礦位置、個(gè)數進(jìn)行判定，為篩料、放料工作打下基礎。在畫(huà)面中，還增加了“程控”、“批加”、“批減”“處方加一”等按鈕，使手、自動(dòng)之間有正常的切換、校正。

　　各稱(chēng)斗的篩料用變頻器控制。每個(gè)稱(chēng)斗對應兩個(gè)料倉，為保證篩料的準確，對稱(chēng)斗的兩個(gè)料倉分開(kāi)控制，分別用線(xiàn)性化塊根據重量進(jìn)行輸出控制，同時(shí)，還增加了操作工可自行調整的流量設定，為進(jìn)行最準確的篩料打下了基礎。

　　槽下主卷?yè)P的運行極為關(guān)鍵。為保證下常運行，在程序上進(jìn)行加工，增加了報警畫(huà)面。在控制中，除用信號進(jìn)行判定外，還用時(shí)間控制作為條件，起到了雙重保護的作用。

　　在焦炭的控制中，還實(shí)現了焦斗自動(dòng)補償，在篩料過(guò)程中都會(huì )和上次進(jìn)行比較，將多篩或少篩部分以誤差的形式計算到下次篩料中，以達到“多篩減掉，少篩補齊”的效果。清焦誤差，雖然說(shuō)，計算出焦炭誤差最終可以實(shí)現焦的自動(dòng)補償，但是，如果誤差值太大或太小，會(huì )影響到停篩值的計算，從而影響篩料的準確性。所以，在一定 的時(shí)候還得對誤差進(jìn)行清零。在槽下操作畫(huà)面中，有一清焦誤差按鈕，下方有1＃和2＃焦斗的誤差值，點(diǎn)擊按鈕，即可清零。

　　4.1.2高爐本體上料

　　高爐爐頂采用串罐式無(wú)料鐘爐頂設備。

　　爐頂工藝流程分兩部分，一部分是爐料從受料斗到料罐，另一部分是由料罐到高爐。爐料從受料斗到料罐，滿(mǎn)足放料條件后，開(kāi)放散閥，放散閥開(kāi)后延時(shí)6秒，開(kāi)上密、開(kāi)截料閥、關(guān)放散依次進(jìn)行，將受料斗中的爐料放入料罐。等受料斗的爐料全部進(jìn)入料罐，受料斗是否為空，可由兩個(gè)條件來(lái)辨定，一是截料閥開(kāi)到極限位延時(shí)20秒，一是受料斗的重量，如果重量小于1.0t ，就為空。放空之后，關(guān)截料閥，關(guān)上密閥。此時(shí)第一部分流程結束，第二部分開(kāi)始。從料罐到高爐，也是滿(mǎn)足相應的放料條件后，提探尺，探尺提到零位后，開(kāi)下密閥，轉回轉，開(kāi)料流。此時(shí)爐料開(kāi)如進(jìn)入高爐，料罐空放后，大開(kāi)料流關(guān)均壓閥，料流大開(kāi)一下，關(guān)料流，關(guān)下密，?；剞D，回轉停，完成爐頂放料的一個(gè)循環(huán)。

　　受料斗：接受從絞車(chē)送來(lái)的料，下口有一個(gè)截料閥。截料閥、上密、放散閥都在關(guān)位置，受料斗料不夠：絞車(chē)即可往上送料。料夠后，通過(guò)截料閥、上密實(shí)現向料罐裝料。

　　料罐：貯存爐料，可容納一批礦或一批焦。在料罐上口安有上密封閥，可在料倉漏料入爐時(shí)，密封住爐內煤氣。料倉下口有下密閥。料罐空，受料斗料夠：打開(kāi)放散，打開(kāi)上密封閥，打開(kāi)截料閥，關(guān)放散，料入料罐。受料斗料空后，上密封閥和截料閥關(guān)閉，料倉均壓。當探尺發(fā)出裝料入爐的信號時(shí)，打開(kāi)下密封閥，同時(shí)給溜槽信號，使其由停機位置起動(dòng)旋轉。

　　探尺：探測爐內料面深度。當料面達到設定值，提探尺，允許料罐向爐內放料。

　　溜槽（傾動(dòng)）：它的傳動(dòng)機構，包括行星減速機和氣密箱兩部份，傳動(dòng)系統要使溜槽能完成繞高爐中心線(xiàn)的旋轉運動(dòng)和在垂直平面內改變溜槽傾角運動(dòng)。溜槽的傾角驅動(dòng)是由一臺交流伺服控制器完成的。為了對溜槽泊位置進(jìn)行準確定位，設置有絕對角度編碼器。在溜槽傾角的兩個(gè)極限位置設有兩個(gè)位置傳感器（接近開(kāi)關(guān)）作為安全自鎖和報警裝置。

　　料流：是通過(guò)閥門(mén)角度（γ）的改變，調節向高爐布料的料流速度，用于和傾動(dòng)傾角（α）和旋轉（β）同步配合，達到符合要求的每層布料。

　　回轉：通過(guò)變頻電機控制溜槽的旋轉速度，以達到工藝要求的溜槽在每一環(huán)上的圈數。

　　高爐本體的自動(dòng)控制中，關(guān)鍵部分有：

　　頂壓的調節

　　在生產(chǎn)過(guò)程中，頂壓的調節優(yōu)為重要，因為它影響爐況，直接影響到產(chǎn)量、焦比等。自動(dòng)控制中，對調壓閥組閥門(mén)的關(guān)閉程度來(lái)調控爐頂的壓力。通過(guò)頂壓的設定值SP與進(jìn)程值PV比較，進(jìn)行PID調節。為滿(mǎn)足生產(chǎn)，還對SP值進(jìn)行了加工，根據料罐料種的不同，以及料罐放料前后都做了調整。同時(shí)，根椐東、西頂壓的實(shí)際值給出PV值，增強了調節的準確性。

　　料流、傾動(dòng)、回轉的控制

　　料流、傾動(dòng)、回轉的控制，均采用編碼器，以實(shí)現反饋角度的計數。為增強找角的準確性，可修改程序中的基數和變比。其中，在料流的反饋中，還將焦、礦分開(kāi)。運行過(guò)程中，如果對設定的角度找角有偏差時(shí)，可在線(xiàn)性化塊中調整輸出。

　　爐頂電磁閥備用和現用之間可進(jìn)行切換，探尺的控制中，可單尺作業(yè)，也可雙尺。為方便操作，在畫(huà)面上增加按鈕，進(jìn)行選擇。

　　回轉不轉報警輸出

　　受料斗空及料罐空的信號監控

　　4.2熱風(fēng)過(guò)程站

　　熱風(fēng)過(guò)程站主要實(shí)現熱風(fēng)爐自動(dòng)控制，主要包括四個(gè)熱風(fēng)爐的換爐與各調節閥的閥位開(kāi)關(guān)顯示以及其它閥的開(kāi)關(guān)和各閥極限位、各點(diǎn)溫度、壓力、流量等值的顯示。同時(shí)，還對高爐頂壓進(jìn)行調節，以及高爐本體各儀表信號的采集，監控。

　　4.2.1熱風(fēng)爐控制

　　每座熱風(fēng)爐的狀態(tài)包括閉爐、燃燒、送風(fēng)三種，在畫(huà)面中每種狀態(tài)都用不同的顏色加以表示，每座熱風(fēng)爐上的各個(gè)閥的開(kāi)關(guān)極限位也有不同的顏色顯示出來(lái)，而在開(kāi)關(guān)轉換的過(guò)程中，其過(guò)程狀態(tài)則用另一種顏色表示。同時(shí)在畫(huà)面中各種儀表數據也都用數字值顯示出來(lái)。這種很直觀(guān)的顯示方式很能說(shuō)明當前的爐況，給操作工觀(guān)察及操作帶來(lái)極大的方便。

　　在組畫(huà)面中各調節閥的設定值以及過(guò)程值閥位反饋值等都可以顯示出來(lái)，而且它的過(guò)程值也可以通過(guò)設定來(lái)重新改變差值，使調節閥根據差值來(lái)自動(dòng)的開(kāi)或者關(guān)。

　　熱風(fēng)爐在高爐煉鐵中起著(zhù)非常重要的作用，而熱風(fēng)爐的關(guān)鍵就在于它在燒爐、送風(fēng)等過(guò)程中的操作是否正確合理，這就關(guān)系到它的煤氣流量、空氣流量、燒嘴溫度、頂壓等控制是否達到要求，其中調節閥主要就是用來(lái)控制這些流量、溫度、壓力等的變化，所以它控制的成功與否直接與高爐的情況在著(zhù)必聯(lián)系。在控制中，主要有對煤氣壓力、風(fēng)溫的調節，各熱風(fēng)爐助燃風(fēng)流量、煤氣流量、燒嘴溫度的調節，有自動(dòng)、手動(dòng)方式，滿(mǎn)足了工藝要求。同時(shí)，還對煤所流量和冷風(fēng)流量進(jìn)行了當前累計和月累計。

　　六號高爐中的四座熱風(fēng)爐的煤氣流量、空氣流量、頂壓、燒嘴溫度等模擬量均由PID調節閥來(lái)調節，調節閥的自動(dòng)實(shí)現是這些參數運行穩定的保障。

　　調節閥的自動(dòng)控制原理是：由調節儀表給進(jìn)來(lái)的4――20MA模擬輸入信號接入過(guò)程站的模擬輸入（DAI05）模件，經(jīng)AD轉換后與計算機內的調節閥閥位信號進(jìn)行比較，根據差值輸出相應的開(kāi)關(guān)信號用于驅動(dòng)伺服電機正反向轉動(dòng)，經(jīng)機械減速變換后驅動(dòng)閥門(mén)，輸出4――20MA模擬信號供系統顯示跟蹤控制，控制原理圖如下：

　　實(shí)踐證明，基本上達到了要求，充分發(fā)揮出了方便、準確的調節作用。從而使熱風(fēng)爐在高爐供熱風(fēng)的過(guò)程當中更加穩定、精確，為保證高爐的順行提供了有力的保障。

　　4.2.1本體信號監控

　　來(lái)自本體的熱電偶信號，先進(jìn)行過(guò)程站，所用為T(mén)RUCK　BL67系列產(chǎn)品，熱電偶信號直接進(jìn)入工BL67模擬量模件2AI－TC，　再通過(guò)PROFIBUS－DP與AC800F進(jìn)行通訊，BL67模擬量模件可自由插拔，無(wú)需斷開(kāi)現場(chǎng)接線(xiàn)，易于維護。

　　5、 結束語(yǔ)

　　目前，該系統運行正常。DCS系統為實(shí)現穩產(chǎn)提供了有效的控制手段，同時(shí)提供了充足的數據依據，該系統提高了勞動(dòng)生產(chǎn)力，提高了經(jīng)濟效益，保證了高爐生產(chǎn)。產(chǎn)實(shí)踐證明，能夠可靠、穩定、精確、高效地運行，且界面友好、保護功能完備、故障診斷功能強，便于系統維護，獲得了良好的社會(huì )、經(jīng)濟效益。