西門子PLC與Wincc在高爐熱風爐控制系統的應用

夏侯洪波，姜 銳，李忠民

（1.日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276806；2.普辰電子工程有限公司，天津 300384）

一、熱風爐工藝流程及控制要求

山東某鋼鐵公司1#高爐采用頂燃式熱風爐，為保證連續向高爐送風，高爐配置3座熱風爐交替進行燃燒和送風作業。當一座熱風爐送風一段時間后，輸出的熱風溫度滿足不了高爐所需的風溫時，熱風操作人員進行換爐操作，將另外一座已經燃燒好的熱風爐投入送風狀態，而后再將原送風熱風爐轉為燃燒作業，燃燒好后改為燜爐狀態等待下一次換爐操作，因此熱風爐有燃燒、燜爐、送風3種工作狀態。3座熱風爐一般情況下采用“兩燒一送”的工作方式。

熱風爐系統的基礎自動化部分采用西門子PLC進行控制，主要完成3座熱風爐各閥門的順序聯鎖控制和工藝參數的采集，如溫度、壓力、流量等。上位機監控操作畫面主要完成燃燒、燜爐、送風的操作和各閥門狀態及工藝參數的顯示，對由PLC采集到的重要數據進行記錄。

二、硬件和監控系統設計

1.硬件配置

熱風爐自動化系統配置一套以西門子S7-400為頭，下掛ET-200M分站方式的組態，系統配置見圖1，此種配置方式即能保證各種工藝要求，又大大節省設計成本。開關量輸入輸出部分主要完成前述熱風爐各閥門的順序聯鎖控制，模擬量輸入部分主要是對熱風爐溫度、壓力、流量等信號的直接采集，而模擬量輸出部分主要是完成熱風爐各調節閥的自動調節控制。

上位機監控操作系統設在熱風爐主控制室內，一般配置兩臺上位機，其功能完全一致，互備使用，可同時操作和監控不同畫面。上位機配置以太網卡，通過交換機與PLC之間進行通信。

上位機監控操作系統的制作采用西門子WinccV6.0組態軟件，在WindowsXPSP2平臺下運行。Wincc是西門子公司開發的基于Windows環境下解決生產和過程自動化、可視化信息顯示的人機接口組態軟件，利用Wincc強大的圖形編輯器功能實現熱風爐工藝流程圖、參數設置圖、歷史曲線圖、報警信息等各種畫面的制作。

2.監控操作畫面的設計

（1） 畫面的設計

監控操作畫面的制作原則是既美觀實用，又便于操作。閥門開關按鈕均設在上位機畫面上，系統畫面由一個主操作畫面、儀表顯示、參數設定和若干個歷史曲線顯示畫面組成。主操作畫面顯示熱風爐系統所有閥門的當前運行狀況、各閥門的操作按鈕、系統工藝流程、液壓系統報警以及主要的工藝參數值；儀表顯示畫面主要是對熱風爐系統所有溫度、壓力、流量的實時監控顯示；參數設定畫面主要是設定均壓閥門動作時間及各閥門故障時間；歷史曲線畫面是對熱風爐主要工藝參數以曲線的形式進行跟蹤顯示并且可以記錄保存下來，保存時間可達1個月，在熱風爐出現問題時便于數據的查找和分析；流量調節畫面是控制各流量調節閥的開度及各閥閥位開度反饋的顯示。

（2） 典型畫面

①熱風爐主操作畫面

熱風爐主操作畫面是熱風爐系統的總貌畫面，通過Wincc設置在系統運行時自動進入此畫面，顯示3座熱風爐的工作狀態（燜爐、燃燒及送風），各閥門的開關按鈕和開關狀態，有送高爐熱風溫度、各爐的拱頂溫度、液壓站報警信息等工藝參數的顯示，以及其他畫面的切換按鈕。在此畫面完成各爐閥門的手動及自動切換、工作狀態的選擇（使用、停用）、工作方式的選擇（燜爐、燃燒及送風）。

②歷史曲線畫面

歷史曲線畫面以曲線的形式顯示了熱風爐主要工藝參數的實時曲線和歷史趨勢，按工藝要求分為壓力、溫度、流量三個顯示畫面，各畫面中的數據集成在一個坐標系中對比顯示。壓力曲線畫面中有煤氣總管壓力、冷風壓力、熱風壓力、冷卻水壓力、預熱器前后空氣壓力；溫度曲線畫面中有1#～3#爐拱頂溫度、1#～3#爐廢氣溫度、冷風總管溫度；流量曲線畫面有1#～3#爐空氣/煤氣流量、冷風總管流量、氮氣流量、冷卻水流量。歷史曲線畫面可作為歷史記錄，橫坐標顯示時間，縱坐標顯示變化值，可直觀又方便地觀察壓力、溫度、流量的變化趨勢，還可根據需要查閱近1個月的歷史記錄，便于對不同時期爐況進行分析。

三、上位機與PLC之間的通信

上位機Wincc組態軟件與PLC之間通過以太網通信進行數據交換，以態網通信速率可達100Mbps，以太網有以下優點：可以采用冗余的網絡拓撲結構，可靠性高；通過交換技術可以提供實際上沒有限制的通信性能；靈活性好，現有的設備可以不受影響地擴張；具有良好的向下兼容性，保證了投資的安全；易于實現管理控制網絡的一體化。

1.硬件配置要求

上位機要求配置集成以太網通信卡即可，S7-400PLC上配置CP443-1以態網卡。

2.軟件配置要求

在Wincc項目變量管理器中添加SIMATICS7PROTOCOL SUITE驅動程序，建立連接項目“熱風爐”，設置TCP/IP地址，此地址要與連接的熱風爐PLC上的TCP/IP地址一致，將與PLC連接的變量都建立在“熱風爐”項目中。PLC編程軟件組態硬件時，設置CP443-1以態網卡的IP地址，然后保存編譯下載。

四、結束語

山東某鋼鐵公司1＃高爐熱風爐采用PLC代替了老式的硬線聯鎖，大大提高了生產的自動化控制水平，設備穩定性好，故障率低，減少了崗位人員，用Wincc組態的系統畫面既美觀操作又方便，更有利于爐況的分析。

[1]蘇昆折.深入淺出西門子WincV6[M].北京航空航天大學出版社，2004.

[2]廖常初.S7-300/400PLC應用技術 [M].機械工業出版社，2005.