現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在高爐噴煤制粉中的應(yīng)用

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現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在高爐噴煤制粉中的應(yīng)用

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本文介紹現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)在高爐噴煤制粉中的應(yīng)用，以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶將現(xiàn)場(chǎng)具有計(jì)算和通信測(cè)控儀表設(shè)備作為節(jié)點(diǎn)形成互相通信的網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)真正的底層分散控制網(wǎng)絡(luò)，提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

現(xiàn)場(chǎng)總線；智能測(cè)量儀表設(shè)備

1.概述

智能儀表技術(shù)是導(dǎo)致控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變化的關(guān)鍵因素，它使得工業(yè)過程的各種控制功能進(jìn)一步分散到現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)就是基于智能測(cè)控儀表與公開的通訊協(xié)議建立起來的，將具有數(shù)字計(jì)算與數(shù)字通信的測(cè)量控制儀表作為節(jié)點(diǎn),以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶使各現(xiàn)場(chǎng)智能儀表之間以及與計(jì)算機(jī)之間連接構(gòu)成數(shù)據(jù)雙向傳輸多分枝結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

現(xiàn)場(chǎng)總線簡稱FCS的體系結(jié)構(gòu)如下圖所示，由三層網(wǎng)絡(luò)組成。最下一層為低速現(xiàn)場(chǎng)總線H1連成的控制網(wǎng)絡(luò)，中間一層為高速現(xiàn)場(chǎng)總線H2連成的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，最上一層為普通商用管理網(wǎng)絡(luò)。最底層的現(xiàn)場(chǎng)總線H1連接著各類現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，包括壓力變送器、溫度變送器、流量測(cè)量儀表及調(diào)節(jié)閥等。低速現(xiàn)場(chǎng)總線H1通過耦合器連到高速現(xiàn)場(chǎng)總線H2上，作為H2總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)H2總線上可以連接多個(gè)H2/H1耦合器。對(duì)FCS進(jìn)行管理和運(yùn)行控制的工程師站、操作員站作為H2總線的節(jié)點(diǎn)，也連接到系統(tǒng)的H2總線上。在下圖所示的FCS中，主站和備用主站中的PLC等設(shè)備通過接口單元作為高速現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)掛接到H2總線上。此外，F(xiàn)CS還通過網(wǎng)關(guān)接到上層管理網(wǎng)上。如果希望連接更多的智能儀表或連接距離更遠(yuǎn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表，可在總線上加中繼器實(shí)現(xiàn)這一要求。

H1總線通過耦合器把現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的數(shù)據(jù)上傳到H2總線上，由H2總線上的操作員站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和保存。FCS的組態(tài)工作在工程師站上完成，工程師站運(yùn)行在Windwos NT環(huán)境下，通過工程師站可以在線對(duì)FCS的各項(xiàng)配置進(jìn)行組態(tài)和修改，通過在線下裝可以把修改后的數(shù)據(jù)庫傳到各現(xiàn)場(chǎng)智能儀表。

FCS中各現(xiàn)場(chǎng)儀表由控制系統(tǒng)中的上位機(jī)來管理。FCS的上位機(jī)運(yùn)行于Windows NT環(huán)境下，系統(tǒng)管理軟件集離線組態(tài)和在線監(jiān)控等功能為一體，為一套實(shí)時(shí)多任務(wù)應(yīng)用軟件。管理軟件中的任務(wù)分成不同的層次，各項(xiàng)任務(wù)被賦予不同的優(yōu)先級(jí)，使重要的任務(wù)能夠得到及時(shí)響應(yīng)。上位機(jī)完成系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、歷史庫組態(tài)、圖形組態(tài)、控制算法組態(tài)、數(shù)據(jù)報(bào)表組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)顯示、圖形顯示、參數(shù)列表、數(shù)據(jù)打印輸出、數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)修改、控制運(yùn)算調(diào)節(jié)、報(bào)警處理、故障處理、通訊接口、人機(jī)接口等功能。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能控制儀表通過雙絞線，同軸電纜，光纜，電力線等作為總線相互連接成能夠通信的網(wǎng)絡(luò)，在本設(shè)計(jì)中如下圖所示，最底層由分布在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)各個(gè)被控量的控制儀表和閥門控制器組成，相互通信的實(shí)現(xiàn)使它們可以在底層現(xiàn)場(chǎng)組建起基礎(chǔ)自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，可不必通過上級(jí)PLC控制器完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)控制。中間層由PLC等控制器構(gòu)成，可以根據(jù)系統(tǒng)需要對(duì)底層儀表參數(shù)和工藝要求的邏輯進(jìn)行修改。上層為廠間計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的管理與監(jiān)控。

噴煤制粉控制系統(tǒng)圖

制粉控制：制粉環(huán)節(jié)通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備和各數(shù)字化智能儀表之間的通信，構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，提高精度減小誤差，實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)調(diào)節(jié)，手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換及自動(dòng)檢測(cè)，并可以長期安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。自動(dòng)系統(tǒng)包括以下內(nèi)容：

（1）熱風(fēng)爐：通過溫度壓力等傳感設(shè)備與變頻器的配合使用，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐送風(fēng)、熱風(fēng)和燃燒的自動(dòng)控制，使其達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)燃燒。

（2）制粉輸煤：實(shí)現(xiàn)輸煤皮帶系統(tǒng)的自動(dòng)控制，通過壓力傳感器采集信號(hào)給智能儀表進(jìn)行積分計(jì)算，實(shí)現(xiàn)給煤量的精確采集、監(jiān)控與控制。

（3）制粉：實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)，排風(fēng)機(jī)的電氣連鎖與儀表監(jiān)控。

（4）磨煤機(jī)：實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)的出口溫度和負(fù)荷的自動(dòng)控制。

（5）布袋除塵系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)布袋溫度，壓力，壓差的監(jiān)測(cè)與控制，反吹風(fēng)機(jī)，除塵電磁閥的自動(dòng)與手動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)。

4.結(jié)語

與其他控制系統(tǒng)相比現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)設(shè)備間均用數(shù)字信號(hào)完全取代4~20mA的模擬信號(hào)，很大程度上減少了信號(hào)的干擾，提高了信號(hào)的測(cè)量、控制、傳輸精度和豐富了傳輸內(nèi)容。現(xiàn)場(chǎng)總線接線十分便捷，一條控制線上可掛接多個(gè)設(shè)備，因而節(jié)約了大量線纜，減少了發(fā)生故障的幾率；由于分散在現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備可以執(zhí)行多種控制、傳感、報(bào)警和計(jì)算、通信等功能，從而節(jié)省了大量信號(hào)轉(zhuǎn)換和計(jì)算的設(shè)備，一定程度上降低了企業(yè)成本。在現(xiàn)場(chǎng)總線的環(huán)境下，借助智能儀表的計(jì)算和通信能力，可進(jìn)行許多復(fù)雜的計(jì)算，正真形成分散在現(xiàn)場(chǎng)的完整的控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。作為新一代控制系統(tǒng)，其具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用。

[1]郭瓊.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2011年3月，第1版

[2]陳在平.現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù).電子工業(yè)出版社，2008年5月，第1版

[3]王振力，劉博.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò).人民郵電出版社出版社，2011年，第1版