• 關(guān)鍵詞： 高爐 PKS 以太網(wǎng)
• 摘要：主要介紹了霍尼韋爾公司的Experion PKS在鞍鋼新2#高爐的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，分析了系統(tǒng)構(gòu)成,通信結(jié)構(gòu)及該系統(tǒng)的功能特點(diǎn)。同時(shí)以爐頂控制系統(tǒng)為例說(shuō)明了DCS系統(tǒng)的具體功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

摘要：主要介紹了霍尼韋爾公司的Experion PKS在鞍鋼新2#高爐的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，分析了系統(tǒng)構(gòu)成,通信結(jié)構(gòu)及該系統(tǒng)的功能特點(diǎn)。同時(shí)以爐頂控制系統(tǒng)為例說(shuō)明了DCS系統(tǒng)的具體功能開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高爐；PKS；以太網(wǎng)；TCP/IP；

Abstract:Development application of DCS system from Honeywell Company in in New NO.2  blast furnace of Anshan Iron and Steel Group is introduced.System constitution ,communication structure and function feature of the system are analyzed.Taking the control system of the top of blast furnace as an example ,development and application of particular function for DCS system.

Key words:blast furnace;PKS;Ethernet;TCP/IP;

1引言
        鞍鋼新2號(hào)高爐有效容積3200M3，為了滿(mǎn)足控制和管理的需要以及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的合理性和經(jīng)濟(jì)性，本高爐自動(dòng)化系統(tǒng)采用DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)，并預(yù)留上級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通訊的接口。根據(jù)工藝的情況及其控制要求,我們選用Honeywell公司全新的功能強(qiáng)大的Experion Process Knowledge System(PKS)控制系統(tǒng),對(duì)鞍鋼新2#高爐系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視與控制,使高爐得以安全穩(wěn)定的生產(chǎn),并能迅速達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo),為鞍鋼創(chuàng)造更大的效益。

        PKS系統(tǒng)作為HONEYWELL公司最新推出的開(kāi)放型控制系統(tǒng)，以WINDOWS2000為操作系統(tǒng)，包含了最新設(shè)計(jì)的混合型控制器（HYBRID CONTROLLER）CPM和實(shí)時(shí)控制網(wǎng)（CONTROLNET）以及高級(jí)的工程工具和應(yīng)用軟件包，成為新一代系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2系統(tǒng)要求
2.1系統(tǒng)的可靠性
        為了保證高爐安全、連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，控制站的電源、CPU、網(wǎng)絡(luò)通信接口模件、操作員站的網(wǎng)絡(luò)通信接口模件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)接口均冗余配置，所有控制站控制模件可帶電插拔；操作員站可互為備用。

2.2系統(tǒng)的操作性
        為了便于高爐生產(chǎn)過(guò)程的操作管理，采用多窗口CRT操作站進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的顯示、設(shè)定、操作、報(bào)警。各CRT操作站的配置對(duì)應(yīng)工藝設(shè)備對(duì)象，互為備用，面向生產(chǎn)操作。

2.3系統(tǒng)的維護(hù)性
        系統(tǒng)具有很強(qiáng)的自診斷功能，自動(dòng)向操作維護(hù)人員指示故障點(diǎn)及故障原因，以便操作人員在帶電狀態(tài)下進(jìn)行維護(hù)，縮短系統(tǒng)故障恢復(fù)時(shí)間，不影響生產(chǎn)操作的正常運(yùn)行。

2.4系統(tǒng)的開(kāi)放性
        系統(tǒng)具有很好的開(kāi)放性，以便于與相關(guān)的其他計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

2.5系統(tǒng)的擴(kuò)展性
        采用快速以太網(wǎng)，可以方便地增加控制站、工作站，以適應(yīng)擴(kuò)大系統(tǒng)的功能和控制管理范圍的需要。

3 PKS系統(tǒng)配置
        對(duì)新2號(hào)高爐主工藝的三電自動(dòng)化控制系統(tǒng)特點(diǎn)的分析已經(jīng)知道，納入三電一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)視的主工藝流程包括：高爐礦焦槽及上料系統(tǒng)；無(wú)料鐘爐頂系統(tǒng)；熱風(fēng)爐及余熱回收系統(tǒng)；高爐本體及出鐵場(chǎng)系統(tǒng)；煤氣清洗系統(tǒng)；其中電流4—20MA模擬量輸入點(diǎn)533個(gè)，熱電偶T/C模擬量輸入點(diǎn)815個(gè)， 熱電阻RTD模擬量輸入點(diǎn)140個(gè)，電流4—20MA模擬量輸出點(diǎn)146個(gè)，數(shù)字量（DI）輸入點(diǎn)1905個(gè)，數(shù)字量（DO）輸出點(diǎn)634個(gè)，總的I/O點(diǎn)數(shù)為4173個(gè)，為了考慮系統(tǒng)升級(jí)及I/O點(diǎn)的損壞情況，系統(tǒng)配置時(shí)有20%的余量，實(shí)際配置I/O點(diǎn)總數(shù)為5136個(gè)。

        新2號(hào)高爐主工藝控制系統(tǒng)在系統(tǒng)功能上由二級(jí)組成，即：基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)和過(guò)程控制級(jí)，如圖1所示。
基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)完成生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集和初步處理，數(shù)據(jù)顯示和記錄，數(shù)據(jù)設(shè)定和生產(chǎn)操作，執(zhí)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)調(diào)節(jié)控制和邏輯順序控制，主要由六臺(tái)控制站，一個(gè)遠(yuǎn)程I/O控制站，九臺(tái)以工業(yè)PC機(jī)為硬件平臺(tái)的操作員站，二臺(tái)工程師站，二臺(tái)服務(wù)器，CONTROLNET網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)連接裝置，以及打印機(jī)等設(shè)備組成。
過(guò)程控制級(jí)完成生產(chǎn)過(guò)程的操作指導(dǎo)、作業(yè)管理、模型計(jì)算、技術(shù)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編制各種生產(chǎn)報(bào)表、存儲(chǔ)、留有與其它計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的接口，主要由二臺(tái)過(guò)程計(jì)算機(jī)服務(wù)器，二臺(tái)PC客戶(hù)機(jī)（操作終端），一臺(tái)歷史站服務(wù)器，打印機(jī)共同組成。服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)、打印機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)相連，形成整個(gè)高爐過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，整個(gè)過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)留有今后開(kāi)發(fā)高爐專(zhuān)家系統(tǒng)的接口和與全廠管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信接口。                                

       PKS系統(tǒng)主要完成工藝生產(chǎn)過(guò)程中的過(guò)程監(jiān)視與控制,各工藝設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)視與邏輯控制,工藝生產(chǎn)及工藝設(shè)備的安全連鎖控制等.除此之外PKS系統(tǒng)還能完成聯(lián)網(wǎng)通訊、共享數(shù)據(jù)，并完成常規(guī)儀表所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的中央統(tǒng)一顯示、操作，以保證工藝裝置正常穩(wěn)定地工作。

        PKS系統(tǒng)由于采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件與特有專(zhuān)利軟件，使整個(gè)系統(tǒng)具有安全,可靠,靈活,方便的特點(diǎn),并為復(fù)雜控制的高級(jí)算法提供了條件。使整個(gè)控制、顯示與操作實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化、全屏幕化，為高爐系統(tǒng)安全,高效的生產(chǎn)提供了必要的條件。

        為保證系統(tǒng)的萬(wàn)無(wú)一失,確保生產(chǎn)的穩(wěn)定安全,控制器(CPM),通訊網(wǎng)絡(luò)及電源均選擇冗余配置,而且冗余的控制器,控制網(wǎng)絡(luò),電源之間必須做到無(wú)擾動(dòng)切換。根據(jù)高爐主系統(tǒng)的工藝具體情況,以及I/O點(diǎn)的具體分布,共設(shè)置4對(duì)冗余控制器(CPM/過(guò)程控制站)及1個(gè)遠(yuǎn)程站,過(guò)程控制站具體配置如下: 礦焦槽及上料系統(tǒng)控制站(CPM1)；礦焦槽及上料系統(tǒng)遠(yuǎn)程站(CPM1－REMOTE)；無(wú)料鐘爐頂控制站(CPM2)；熱風(fēng)爐控制站(CPM3)；高爐本體及出鐵場(chǎng)控制站(CPM4)。選擇功能強(qiáng)大的混合型控制器,保證系統(tǒng)地穩(wěn)定和擴(kuò)展,且系統(tǒng)可利用率達(dá)到100%。冗余過(guò)程控制站及冗余服務(wù)器,均由實(shí)時(shí)性強(qiáng),通訊速度快的ControlNet相連,以確保系統(tǒng)的安全可靠,實(shí)時(shí)控制。設(shè)置1臺(tái)歷史站，用于長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。歷史站配置Wonderware INSQL 及OPC LINK軟件。采用實(shí)時(shí)控制網(wǎng)(ControlNet)和監(jiān)督控制網(wǎng)(冗余以太網(wǎng)),使控制層與人機(jī)界面之間有效的結(jié)合起來(lái)。

4 爐頂控制系統(tǒng)
        高爐操作從料單開(kāi)始，爐長(zhǎng)根據(jù)高爐實(shí)際情況，決定高爐的裝料制度及布料的方式。高爐料單從中控室下到槽下，槽下系統(tǒng)則根據(jù)料單的內(nèi)容備料，然后將備好的料存放在中間料斗。經(jīng)過(guò)上料系統(tǒng)，爐頂控制系統(tǒng)即開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。爐頂系統(tǒng)主要設(shè)備有：上部料罐、上部料閘、上密封閥、稱(chēng)量料罐、下部料閘、下密封閥、布料溜槽、探尺、放散閥、均壓閥及煙氣回收閥構(gòu)成。爐頂設(shè)備同樣有三級(jí)操作:現(xiàn)場(chǎng)操作箱操作；CRT集中手動(dòng)操作；CRT全自動(dòng)操作。在正常生產(chǎn)時(shí)為全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.1爐頂工藝單元電氣控制功能描述
        當(dāng)上部料罐料滿(mǎn)、稱(chēng)量料罐料空時(shí)，就可以放料到稱(chēng)量料罐。放料前必須將稱(chēng)量料罐內(nèi)卸壓至常壓，打開(kāi)放散閥，11秒后如果稱(chēng)量料罐內(nèi)壓力達(dá)到常壓，系統(tǒng)發(fā)出“排壓OK”信號(hào)，然后再開(kāi)啟上密封閥。上密封閥開(kāi)到位后，再將上部料閘打開(kāi)，開(kāi)始放料。布料方式分為兩種：時(shí)間布料和重量布料。重量布料具有準(zhǔn)確、快捷的優(yōu)點(diǎn)，在稱(chēng)量罐電子秤正常工作時(shí)，通常都采用重量布料。只有當(dāng)稱(chēng)量罐電子秤故障時(shí)采用時(shí)間布料。

        當(dāng)稱(chēng)量罐裝滿(mǎn)料后，系統(tǒng)同時(shí)完成以下幾步動(dòng)作：關(guān)閉上料閘、關(guān)閉放散閥、關(guān)閉上密封閥。等待探尺到達(dá)料線。啟動(dòng)布料溜槽傾動(dòng)，到達(dá)第一個(gè)布料傾角。當(dāng)放散閥、上密封閥關(guān)閉后，稱(chēng)量罐開(kāi)始均壓，均壓完畢后開(kāi)下密封閥，同時(shí)關(guān)閉均壓閥。當(dāng)爐內(nèi)操作料線到達(dá)后，提升探尺至等待位置，等待起始角度。當(dāng)布料溜槽旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)起始角度時(shí)，這時(shí)下部料閘打開(kāi)，開(kāi)始布料根據(jù)爐況的要求，布料方式具體可以分為四種：螺旋布料、單環(huán)布料、扇形布料和點(diǎn)布料。當(dāng)稱(chēng)量罐發(fā)出料空信號(hào)后，將下部料閘全部打開(kāi)，然后關(guān)閉下部料閘，下部料閘關(guān)閉后，關(guān)閉下密封閥，同時(shí)下降探尺跟蹤料面。這時(shí)整個(gè)布料過(guò)程完畢，如圖2所示。
 

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