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引言:

    合鋼3#高爐熱風爐控制系統(tǒng)是高爐自動化系統(tǒng)工程中基礎(chǔ)自動化子系統(tǒng),其運行的安全可靠性，直接影響高爐煉鐵的正常運行。原熱風爐系統(tǒng)工藝流程簡單，設(shè)備自動化程度不高，控制方式落后，使得熱風爐的熱效率、熱風溫度大大降低，并影響熱風爐設(shè)備的工作能力。因此，對該系統(tǒng)進行了工藝流程以及控制設(shè)備的改造。改造后的合鋼3#高爐熱風爐系統(tǒng)是由3座高溫大型外燃式熱風爐組成,輪流交替地燃燒和送風,為高爐煉鐵提供連續(xù)不斷的高溫助燃空氣。控制系統(tǒng)選用PLC控制方式，以西門子公司的S7-400 PLC作為控制計算機，穩(wěn)定可靠、功能強大且自動化程度大大提高。以西門子公司的WinCC軟件平臺為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)并及時作出反饋顯示。其他控制及監(jiān)測設(shè)備均選用國內(nèi)外著名品牌，提高了系統(tǒng)的可靠性。

1 系統(tǒng)介紹

    高爐是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)生鐵的機組，它需鼓進熱風來燃燒焦碳以把鐵礦石還原成鐵水，熱風爐的作用是把鼓風加熱到要求的溫度，在燃燒室里燃燒煤氣，高溫廢氣通過格子磚并使之蓄熱，當格子磚充分加熱后熱風爐就可改為送風，冷風經(jīng)格子磚被加熱并送出。其布置圖如圖1。

    其工藝流程主要由送風系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)構(gòu)成。熱風爐的操作包括兩個部分，即燃燒控制和自動換爐。整個系統(tǒng)裝置主要由熱風爐、預(yù)熱器、助燃風機等工藝設(shè)備組成。并以高爐煤氣為燃料，同時采用了雙預(yù)熱系統(tǒng)，以提高燃燒介質(zhì)的物理熱。每座熱風爐配備有復(fù)雜的閥門系統(tǒng)，用以控制燃燒和送風過程。

2   系統(tǒng)組成

2.1  硬件
    熱風爐監(jiān)控系統(tǒng)采用上位機和下位機組成。上位機使用研華工控機，工控機的具體配置為：Pentium IV處理器，2.66GHz主頻，512MB內(nèi)存，80GB硬盤，Windows 2000操作系統(tǒng)，21英寸PHILIPS CRT。PLC程序的開發(fā)以及將軟件通過串口傳送至PLC的CPU單元。下位機采用功能強大、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的可編程控制器SIMATIC S7-400作控制站，該產(chǎn)品作為新一代的產(chǎn)品，具有高速的指令處理、容易擴展和廣泛的通訊能力。該主站通過PROFIBUS-DP連接3個ET200M遠程I/O從站,其中1＃IM153-1機架：八塊模擬量輸入模塊（AI8x12bit 6ES7 331-7KF02-0AB0）；允許輸入的最大輸入電流是40mA，允許輸入的最大輸入電壓是20V，可用于電流測量，接受4～20mA的標準信號。測量范圍可機械設(shè)定；微調(diào)由編程裝置中的STEP7 的硬件組態(tài)功能進行設(shè)定。2＃ IM 153-1機架：七塊模擬量輸入模塊（AI8xTC 6ES7 331-7PF10-0AB0）,八路模擬量輸入，用于熱電偶，適合的熱電偶的類型為B、E、J、K、L、N、R、S、T、U；組態(tài)方式與AI8x12bit相同。一塊數(shù)字量輸出模塊（DO 16xDC24V/0.5A 6ES7 322-1BH01-0AA0）。3＃IM 153-1機架：二塊模擬量輸入模塊（AI8xRTD 6ES7 331-7PF00-0AB0）,八路模擬量輸入，用于熱電阻，適合的熱電阻類型為PT100、PT200、PT500、PT1000、Ni100、Ni120、Ni200、Ni500、Ni1000、Cu10；三塊模擬量輸出模塊（AO4x12bit 6ES7 332-5HD01-0AB0）,四路模擬量輸出，當輸出為有符號數(shù)時（±10V,±20mA），分辨率為11位+符號位，當輸出為無符號數(shù)時（4-20mA，1-5V）分辨率為12位；二塊數(shù)字量輸入模塊（DI 16xDC24V 6ES7 321-1BH02-0AA0），有十六路開關(guān)量輸入通道。 

2.2 軟件
    PLC控制軟件采用Siemens公司的STEP7軟件開發(fā)，它是用于SIMATIC S7-300／400和基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)、編程和維護的標準軟件包。STEP7中集成的SIMATIC編程語言和語言表達式符合EN61161-3或IEC1131-3的標準。通過STEP7，用戶可以進行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調(diào)試；在線診斷PLC硬件配置狀態(tài)；控制PLC的運行狀態(tài) 和I／O通道的狀態(tài)等。    
     工業(yè)控制組態(tài)軟件是可以從可編程控制器、各種數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備中實時采集數(shù)據(jù)，發(fā)出控制命令并監(jiān)控系統(tǒng)運行是否正常的一種軟件包，組態(tài)軟件能充分利用Windows強大的圖形編輯功能，以動畫方式顯示監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面和實現(xiàn)控制功能，并可以生成報表、歷史數(shù)據(jù)庫等，為工業(yè)監(jiān)控軟件開發(fā)提供了便利的軟件開發(fā)平臺，從整體上提高了工控軟件的質(zhì)量。Siemens公司的WinCC V6.0是基于32位操作系統(tǒng) Windows2000或Windows NT的面向?qū)ο蟮拈_放式的HMI軟件，提供了基于全面開放式接口的解決方案，具有標準的應(yīng)用程序接口。它提供了各種PLC的驅(qū)動軟件，和STEP7結(jié)合使用大幅度降低了工程時間。

2.3 通信
    熱風爐過程控制站主要完成對3座熱風爐富氧系統(tǒng)及預(yù)熱器各工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和控制,包括熱風爐爐頂溫度、熱風爐冷風流量、煤氣的流量、壓力、燒嘴、廢氣溫度，高爐煤氣流量調(diào)節(jié)閥等參數(shù)的檢測及燃燒配比自動控制；空氣、煤氣預(yù)熱器前后溫度、壓力、差壓的檢測及冷風壓力，流量，溫度的檢測和熱風溫度的控制等。一個S7-400主站通過PROFIBUS-DP帶三個ET-200遠程I/O從站.如圖:

    系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為二層，即下層控制網(wǎng)和上層管理網(wǎng):
    下層控制網(wǎng)采用雙芯屏敝電纜，適合PROFIBUS國際標準。滿足現(xiàn)場信號的采集、處理和控制器的通訊，為PROFIBUS―DP現(xiàn)場通訊網(wǎng)。
    上層管理網(wǎng)分為TCPBP協(xié)議的管理以太網(wǎng)，通過OS站、ES站上的網(wǎng)卡連接，主要實現(xiàn)工程師和操作員站之間文件管理。

3 功能實現(xiàn)

    1)顯示功能：工藝流程、設(shè)備運行狀態(tài)、操作模式、報警等顯示畫面調(diào)用等功能；
    2)報警處理和報表生成功能：記錄報警發(fā)生時間、故障內(nèi)容等信息,并對報警信息進行管理，系統(tǒng)輸出的報表有時報、日報、月報等；
    3)歷史趨勢功能：對現(xiàn)場的煤氣壓力、煤氣溫度、閥門開度等以曲線圖形顯示。每個趨勢曲線顯示的畫面主要包括畫面名稱、時間、趨勢、說明等；
    4)數(shù)據(jù)庫存儲與訪問：實現(xiàn)Access歷史數(shù)據(jù)庫在每次系統(tǒng)運行時的自動創(chuàng)建并按分鐘級記錄，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的存儲；
    5)畫面系統(tǒng)對系統(tǒng)參數(shù)、控制器參數(shù)進行修改與儲存，能實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)自動/半自動/手動操作模式間的無擾切換；
    6)管理權(quán)限：實現(xiàn)不同級別的系統(tǒng)管理權(quán)限，系統(tǒng)操作員可以選擇操作模式，查看趨勢曲線及報表等；系統(tǒng)工程師可以根據(jù)實際情況對監(jiān)控軟件和下位機軟件進行修改。

4 結(jié)論語（系統(tǒng)特點）

    本文研究的基于PLC和組態(tài)軟件Wincc6.0的熱風爐監(jiān)控系統(tǒng)利用了PLC抗干擾能力強、組網(wǎng)方便、適用于工業(yè)現(xiàn)場的特點,又利用了組態(tài)軟件強大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)的能力，融合了較先進的自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，具有可靠性高、組網(wǎng)簡單、維護容易等特點。目前該系統(tǒng)已經(jīng)成功的在合鋼應(yīng)用，效果良好，對熱風爐的運行監(jiān)控順利開展具有重要意義，同時極大得提高了自動化水平。