略鋼煉鐵分廠自動化系統

雒紅軍 田華 武偉榮

摘要：本文主要介紹了略鋼煉鐵分廠自動化系統的分布格局，闡述了自動化系統的結構、組成及主要功能。

關鍵詞：高爐；自動化；網絡

1、概述

略鋼煉鐵分廠在2005年7月2#高爐大修擴容改造工程中，首次采用冶金及其它行業廣泛使用的西門子S7系列PLC系統及WinCC人機界面軟件自動化控制系統。高爐投產后，自動化控制系統與高爐生產經過近半年的“磨合”，其良好的人機界面在操作使用、實時監控、歷史趨勢圖、故障信息、報表生成等方面充分顯示出方便、準確、快捷的特點。在相繼的1#高爐、3#高爐、風機、噴煤等改造或新建工程中，自動化控制系統統一采用西門子公司的S7系列PLC系統及WinCC人機界面軟件。

2、自動化系統的結構和組成

略鋼煉鐵分廠自動化系統劃分為1#高爐、2#高爐、3#高爐、風機、噴煤、煤氣除塵六個獨立的系統。高爐自動化系統又含三個獨立的子系統，包括高爐本體、上料、熱風爐系統。風機自動化系統包括8#、9#風機2個子系統，7#風機為儀表控制。噴煤自動化系統包括煤場上料、制粉和噴吹3個子系統。煤氣除塵自動化系統包括 3座獨立的高爐煤氣凈化系統。

2.1 每個自動化系統基本上均由二級控制系統和二層通訊網絡構成。二級控制系統分成基礎自動化系統（PLC系統、一級）和過程自動化系統（上位機、二級）兩級組成，二層通訊網絡是工業以太網和PROFIBUS網。

2.1.1 基礎自動化

基礎自動化系統就是分別在各個主控室設一個S7—400或S7—300主站，主站下掛若干遠程I/O（AI/AO）從站，用于對輸入輸出進行控制和數據采集。按照工藝要求控制工藝設備的運行，檢測系統中各個生產設備的狀態及工藝參數，并按確定的控制原則對各個設備進行控制和調節，即由PLC控制。

2.1.2 過程自動化

過程自動化系統選用研華工控機，操作系統采用Windows 2000／WindowsXP，組態軟件采用WinCC6.0／WinCC6.２對生產進行實時動態畫面監視。根據現場的實際情況操作人員可以在操作畫面上對生產過程進行必要的控制和調節；對生產過程中的儀表數據和各種工況參數形成歷史趨勢圖，報警故障、事件記錄等豐富的圖形庫。

2.1.3 工業以太網

西門子S7采用SIMATIC NET 工業通訊網絡結構，這種模式允許站點同時發送和接收數據，通訊速率可提高一倍。PLC系統各個控制器之間也通過以太網實現控制信息及數據傳送。為了保證各個系統通訊的抗干擾性，工業以太網在物理層上采用光纖傳輸。

在具體的使用中表現為上位機（操作畫面）與PLC之間及PLC彼此之間通過交換機聯成以太網，實現彼此的信息交換。通過以太網，把各種工藝參數設定值和對電氣設備的操作從上位機傳送到各PLC，把各設備的狀態和工藝、電氣參數及故障由PLC收集送到操作畫面顯示。

2.1.4 PROFIBUS網

西門子S7的現場儀表和設備級采用PROFIBUS 現場總線進行通訊，中央控制器與現場站通過PROFIBUS－DP 互相進行通訊，現場智能總線設備及儀表也可以通過PROFIBUS 同中央控制器通訊。PLC把設定參數和控制指令傳送到各調速傳動系統，并收集各調速傳動系統的狀態和電氣參數送到操作畫面上顯示.

3 高爐自動化系統的特點

高爐區域自動化控制系統分為三個獨立運行的網絡。

由于1#、2#、3#三座高爐工程是分期建成，高爐自動化控制系統則分別由北京金自天正公司、天津棟華、濟南伊斯達自動化公司三家獨立完成。但是其工作特點是一致的。

3.1 高爐本體系統

本體主控室由一個工程師站和一個操作站組成。高爐本體系統不僅能監控本體部分的儀表、電氣參數運行工況，而且對槽下上料、熱風爐的運行情況進行監視，實現了自控系統的集中管理，分散控制。本體操作畫面中的熱風溫度、冷風壓力、冷風流量、爐頂壓力等9個參數統一做在一個適時趨勢圖中（圖二），大大簡化、方便了操作人員的操作以及對爐況的掌握。對高爐的料制、負荷、透氣性指數、富氧量等參數能直觀的顯示在操作畫面上，對冷卻水壓力、各種溫度不僅有準確的顯示還有相應的的畫面閃爍報警，更加利于他們對高爐的調控。

上料主控室是對槽下上料系統和爐頂系統進行自動或上位機手動操作。對運行過程中出現的故障信號，在畫面中有閃爍報警提示，并由報警記錄，設備操作狀態記錄，提醒了操作人員的正確操作并有記錄可查詢。對高爐生產所用的礦石、焦炭等原燃料的消耗根據稱量數據生成準確的報表記錄，方便了分廠統計人員的計算。

熱風爐主控室由一個操作站和一個操作臺組成。熱風爐的“燒爐、燜爐、送風”有三種操作方式即：自動操作、上位機半自動操作、操作臺手動操作。一般采用上位機半自動操作，這種操作方式不僅加強了操作人員的責任心，更加方便了操作人員的及時控制。

3.2 風機自動化系統

相對高爐作業區的自動化控制，風機自動化控制系統采用完全上位機操作，即在整個風機控制中所有儀表參數全進微機控制，包括壓力、流量、溫度、進風閥、防喘振閥等各種調節閥的操作，這在煉鐵分廠所有控制中首次實現全微機控制，實踐證明這種控制方式不僅減少了儀表維護人員的工作量，而且大大方便了風機操作人員的操作。風機自動控制的唯一遺憾是風機自動控制沒有實現和高爐聯網。

3.3 噴煤自動化系統

根據高爐噴煤生產的工藝布局和功能特點，將噴煤自動化控制系統分為三個分系統：輸送控制系統、制粉控制系統、噴吹控制系統。

噴煤系統和風機系統一樣采用完全上微機操作。輸送控制系統、制粉控制系統、噴吹控制系統各自為一個獨立的自動控制系統。輸送控制系統根據原煤倉上料位指示自動或上位機手動開啟原煤輸送皮帶，保證原煤的不間斷供應。制粉控制系統在生產過程中的煤氣、空氣調節實現了自動按比例調節流量的操作方式，加熱爐內安裝有火焰監測器，操作人員可根據畫面中的火焰監測器隨時掌握加熱爐的燃燒情況。煤粉布袋反吹系統有一個獨立的S7-200過程，可實現自動定時反吹。噴吹控制系統有自動裝煤、充壓、倒罐三部分。根據噴吹的實際運行情況暫時只使用了自動裝煤系統。噴吹系統的噴吹趨勢圖為操作人員的準確噴吹提供了依據。

由于噴煤系統是異地新建工程，且與2010年元月底投產，其自動控制系統也沒有和高爐形成網絡連接，在公司進一步的網絡改造項目中進行完善。

3.4 煤氣除塵自動化系統

煤氣除塵系統集三座高爐的煤氣除塵在一個操作室操作，大大減少了操作人員數量。煤氣除塵分為自動反吹和卸灰系統兩部分。自動反吹系統分為兩種：1 加壓反吹：當布袋除塵系統壓差達到設定值時，反吹系統自動啟動相關反吹設備進行反吹，壓差小于設定值、箱體反吹結束，反吹系統自動停相關反吹設備。2 定時反吹：根據現場實際情況設置兩次反吹間隔時間和箱體反吹次數，一但時間到反吹系統自動啟動相關反吹設備，箱體反吹次數達到設定值時，反吹系統自動停相關反吹設備。當箱體發生故障時，點擊該箱體的故障按鈕，反吹時該箱體被自動甩掉。卸灰部分根據箱體及中間斗的料位進行自動或手動卸灰。

為了保護箱體內的布袋達到良好的除塵效果自控中還設定了對荒煤氣溫度的高、低溫度報警功能。

4、煉鐵分廠自動化系統的應用特點

高爐、噴煤系統部分應用了總線型儀表。例如：高爐各種壓力、槽下稱量、噴煤噴吹罐稱量等工藝參數的監控中，根據儀表特性，應用了HART總線、PROFIBUS總線技術將監控數據讀取到自動化系統中。應用總線型儀表，不僅簡化了儀表系統的連接線路，而且有利于提高對儀表本身的監控和實時測量的真實性。

電氣設備的運行狀態直接關系到高爐、風機、噴煤等主要設備的作業率。自動化系統實施中，將變頻器通過總線連接到自動化系統，實現了運行參數的測取和輸出控制。

煉鐵分廠自動化系統主要由北京金自天正、濟南伊斯達、西安金華等單位設計、安裝、調試完成，為煉鐵工藝要求的實現和全系統運行維護創造了良好的條件。設計的應用軟件不僅較好地滿足了工藝、設備和操作功能要求，還充分地考慮了設備故障狀態下如何確保主要生產過程的持續性生產。

5、結語

煉鐵分廠自動化系統的運行情況表明，各項功能正常、可靠，滿足了工藝要求，在生產過程顯現了其較強的智能化能力。但是其自動化系統的網絡連接和信息共享還沒有徹底實現，將在下一步略鋼公司信息中心的網絡改造項目中進一步實現。例如有計劃實現對高爐、風機、噴煤的聯網監測控制（圖五）。