圖爾克現場總線在高爐上料系統中的應用

謝紹文

摘 要：以福建三安鋼鐵有限公司1#高爐系統為例，介紹了圖爾克現場總線在高爐上料系統中的應用。此工程于2012-07正式投入生產，整個系統的自動化程度高，系統運行穩定、可靠，操作、維護簡便。

關鍵詞：現場總線；高爐上料系統；網絡結構；控制儀器

中圖分類號：TF321.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.092

1 圖爾克現場總線簡介

現場總線技術于20世紀70年代誕生，具有多方面的優越性，得到了大范圍的推廣，引導了自動控制領域的一場革命。本文主要介紹了圖爾克現場總線技術在高爐上料中的應用。

現場總線FF（Field Bus）的概念起源于20世紀70年代。當時，主要考慮將操作室的現場信號與控制儀器的控制信號以數字信號的形式由1組總線傳送，不必每個信號都要用1組信號線。隨著儀表智能化和通訊數字化技術的發展，數字通信網絡延伸到工業過程現場成為可能。

由全數字現場控制系統代替數字和模擬分散型控制系統已成為工業化控制系統發展的必然趨勢。現場總線已經發展成為集計算機網絡、通信技術、現場控制和生產管理等內容為一體的現場總線控制系統FCS（Field-bus Control System）。它將通信線一直延伸到生產現場的生產設備，用于過程和制造自動化的現場設備或現場儀表互連的現場通信網絡，將傳統的DCS或PLC的3層網絡結構變為2層網絡結構，降低了成本，提高了可靠性，實現了控制與管理一體化的結構體系。

2 控制系統綜述

高爐上料系統包括礦槽和爐頂兩個區域，所包含的設備比較分散。如果采用傳統的控制系統，則敷設的電纜和施工量將大大增加。因此，為了簡化控制系統，降低施工量，在此次高爐上料系統中采用了圖爾克現場總線設備。

圖爾克公司的總線模塊通過采用一種開放型的Profibus-DP現場總線協議與控制器通訊，現場信號采集模塊通過具有IP67防護等級的IO預鑄電纜連接外部設備。

總線模塊包括3個主要部分：①網關模塊。主要負責完成開放型現場總線系統之間的所有通訊任務。在整個總線系統中它作為掃描器/檢測器控制系統內部的所有通訊設備和網絡。②總線上的每一個站點均包含通訊和IO采集模塊，包括開關量輸入、開關量輸出、開關量輸入/輸出、模擬量輸入和模擬量輸出。③終端電阻。在總線網絡的終端位置接入終端電阻，相應站點為此總線的終點，從而提高總線通訊的穩定性。

3 系統組成

3.1 主站

主站采用西門子公司高可靠性的S7-400可編程邏輯控制器，PLC主站通過CPU自帶的Profibus-DP通訊接口與圖爾克現場總線通訊，并采用以太網通訊模塊CP433-1通過交換機與上位機通訊。主站指可編程邏輯控制器（PLC）、上位機，完成總線通信控制與運算收集的信號，并發出設備控制指令。

3.2 從站

從站用于采集現場設備和儀表的狀態信號、參數和將控制系統發出的控制命令發送到設備所對應的執行機構。從站可分為以下4種方式：①西門子PLC本身帶有IO子站，可分為S7400、S7300和S7200，IO子站可作為Profibus-DP上的從站之一。PLC主站通過IO子站采集現場的設備狀態和參數，并發出設備控制指令。正控制系統的硬件組態均在主站中完成。西門子PLC的硬件組態直接在Step7調用對應的硬件進行組態。圖爾克現場總線設備的組態要預先導入圖爾克提供的GSD文件，這樣在Step7組態軟件中才找到相應的硬件列表，最終完成組態。②現場I/O總線模塊。它用于連接控制系統中的各種現場設備，按照主站發出的指令驅動現場設備，并將I/O輸入和故障診斷等住處反饋至主站。現場總線從站的IO地址由主站組態時統一分配，這樣在主站編程時使用分散式I/O與使用主站的I/O沒有區別。③帶有Profibus-DP通訊接口的驅動器、傳感器和執行機構等現場設備。它們在主站上完成硬件組態和參數設置。④操作站人機接口界面采用西門子公司的上位機監控軟件WINCC6.0；工程師站采用的編程軟件為西門子的S7 V5.5.

高爐上料系統的PLC組態如圖1所示。

另外，整個高爐上料控制系統設置了4臺上位機，分為2個操作站。其中，一臺操作站設置在礦槽上料操作室，主要完成礦槽上料和爐頂布料的監控和運行；另外兩臺設置在高爐主控室，其中，一臺用于監控上料系統的運行狀況，不參與操作，另外一臺作為工程師站或備用。上位機可顯示所有設備的運行狀態和每個檢測參數，且每個檢測參數均設置了實時趨勢和歷史趨勢，以便于查詢。在該系統中，可記錄每一個報警信息，操作人員可查詢設備在什么時間發生了什么故障，以方便維修人員維護和檢修設備。

4 結束語

經生產實踐證明，圖爾克現場總線與中控室CPU之間的通訊連接未出現問題，整個系統的穩定性高，可通過現場模塊的指示燈查找現場設備的故障點，客戶對控制系統非常滿意；而不足之處在于設計時礦槽稱重儀表、液壓站閥臺電磁閥控制采集未采用TURCK現場 PROFUBUS總線的方式，導致中央控室內的電纜數量較多，但類似的問題在后續的項目中我們會作出相應的改進。

〔編輯：張思楠〕

Abstract： In 1# blast furnace system in Fujian iron and Steel Co. Ltd. as an example， introduces the application in the system of Turck Fieldbus in blast furnace. This project formally put into production in 2012-07， the whole system of the automation degree is high， the system is running stable and reliable operation， easy maintenance.

Key words： field bus； blast furnace feeding system； network structure； control instruments