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    安鋼燒結廠90m²/105m²燒結機由于設備大型化、生產高效化、工藝復雜化的特點，傳統的控制方式已不能滿足生產的需要。該廠充分利用計算機控制及信息技術，優化了整套自動控制系統，使燒結生產達到了一新的水平，同時節省了大量的人力和物力（僅以90m²燒結機為例）。

1  自動控制方案的提出

    燒結生產過程是把粉礦加入一定比例的熔劑、燃料，經混合后，在一定的溫度下燒結成高爐需要的原料。主要工藝包括上料、配料、混合、燒結、冷卻、整粒等過程。由于燒結過程是一個連續性的生產過程，環節多、控制對象較復雜、純滯后時間長、受干擾因素多，所以必需對生產過程進行自動控制。同時要求生產數據應及時反映給管理人員，以免造成生產人員勞動負荷較大，產品質量優劣不能及早預知。因此，要求控制系統具備熱工參數數據的采集、存檔、分析及打印等功能。傳統的單有繼電器和二次儀表組成的控制系統匹配性差，它不僅浪費人力、物力、財力，而且故障率高，不能較好地滿足生產的需要。PLC現在已發展成為具有邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數據采集、聯網通訊功能的“三電一體化”控制器。它在硬件上采取了諸如隔離、濾波、屏蔽、接地等一系列抗干擾措施，在模板機箱進行了完善的電磁兼容性設計、對元器件進行了精心的挑選，更重要的是采用了諸如數字濾波、指令復執、程序卷回、差錯檢驗等、系列軟件抗干擾措施及故障診斷技術，因此具有功能強大、壽命長、可靠、穩定等特點。該廠結合信息技術在工業控制中的發展，采用了施耐德集團的QUANTUM系列PLC作為燒結控制系統的核心，從而實現了燒結生產的自動化。

2  自動控制系統的結構及特點

    根據現場的實際情況，該廠設計并設置了原料站、造球站、配料站、燒結站等4套（臺）用于底層控制的PLC主站和6臺計算機主站用于人機界面（HMI）監控，并且遵循了電磁站或低壓配電室與各工序設備就近配置、PLC站（包括遠程I/O）與電磁站（低壓配電室）就近配置的原則。由于燒結各工序既相互獨立又聯系密切，系統的邏輯控制、工藝參數的檢測和采集、PLC的遠程編程、操作員的可視操作及HMI與PLC間的數據交換，需要PLC與PLC、PLC與HMI間的數據源相互傳遞來實現，采用施耐德集團的Modbus Plus網絡通訊協議組成局域網來完成數據交換的。Modbus Plus是基于RS485衍生的一種網絡協議，它是工業控制家族中的一種通訊標準。Modbus Plus可實現其PLC之間及與HMI等設備的互連，它是一種高速、對等的工業局域網。這一局域網允許多臺計算機、PLC及其他數據通過低成本的雙絞線對等通訊。以雙絞線為通訊介質的情況下，最大通訊距離1800米，網絡節點64個（還可通過網橋進行擴展），結構圖如圖1（圖中TCP/IP表示的二級管理網暫沒上）。該Modbus Plus網絡所應用的組網關鍵設備如下:

        140 CPU 424 02：         PLC站中的CPU模塊；

        140 NOM 212 00：       PLC站中Modbus Plus通訊模塊；

        SA85：                           HMI中Modbus Plus網絡適配卡，遵循ISA總線協議；

        990 NAD 230 00：        Modbus Plus分支器；

        CONCEPT：                  QUANTUM PLC編程軟件；

        Monitor Pro：                HMI系統的開發平臺；

        RR85:                              Modbus Plus網絡中繼器。

圖1  燒結機計算機控制系統圖

    整個網絡結構呈星形化，網絡通訊介質采用雙絞線，并且是雙纜冗余結構，這種結構允許Modbus Plus網絡在兩條獨立的電纜上通訊。若一條發生故障，系統會自動切換到另一條，從而保證了數據傳輸的可靠性。網絡長距離的傳輸可在網線上串入RR85中繼器。網絡系統應用TAP頭（990 NAD 230 00）制作成網絡分支的接口，可使PLC站點獨立的接地。若通訊線受到強電干擾，不至于破壞整個網絡系統。Modbus Plus網絡的尋址是通過所謂的節點來實現的。圖1中各站點的數碼表示各個站的節點號（網絡地址），它是Modbus Plus網絡對設備進行識別的重要標志。節點間通過一個5字節的網絡路徑來尋址。每個Modbus Plus設備有DM、DS、PM、PS 四種網絡路徑。其中DM、DS用于數據傳輸，PS、PM路徑用于編程命令。不同的設備有不同的尋址路徑，QUANTUM PLC最后一個非零值表示它在網絡上的地址。對于SA85卡，其網絡路徑的最后的一字節表示網絡地址，第二個字節表示其內部路徑號。各PLC主站根據需要外掛了若干個遠程I/O分站（RIO），它們相對主站是“透明的”，主站和分站的連接由主站上的通訊模塊140 CRP 932 00和各分站上的通訊模塊140 CRA 932 00通過RG-11四層屏蔽同軸電纜相連而成。通訊電纜是雙纜冗余結構。Monitor Pro組態軟件，是一實時數據庫核心（RTDB）的軟件系統，支持冗余的系統結構，工業現場數據采集實時性好。該軟件基于Server/Client結構，集HMI、SCADA、MES三大功能于一身，是實現燒結生產自動可視化和生產信息處理的平臺。通訊連接也是雙纜冗余硬連接，大大提高上位監控系統的可靠性。整套自控控制系統的控制操作和生產數據的采集和處理都是在其平臺上開發出來的。

3  系統的功能

        (1)  該系統實現了燒結生產各工序設備的單機和集中自動操作，實現了工序設備間的連鎖和保護，并在HMI上動態顯示燃料系統、熔劑系統、配料系統、外配煤、勻礦系統、造球系統、燒結系統、成品系統以及各系統互連的工藝設備運行狀況以及有關熱工參數的棒形圖、歷史趨勢圖。工藝流程圖人性化設計，直觀、實時地監控設備的運行。圖2所示為配料系統的工藝設備動態圖。

圖2  配料系統工藝設備動態圖

    (2)  通過PID模塊與可視畫面的無縫連接，實現了配料室中各種物料動態配料的自動化。每個料倉都是能夠自動下料、自動選倉和自動振倉。顯示和儲存各種原、燃料理化參數，顯示理論下料量和瞬時量及誤差，存儲累計量。

    (3)  對三電設備的異常、故障情況具有報警、記錄和存儲等功能，并對故障原因具有分析綜合功能，同時在HMI的動態工藝畫面中動態提示。這對及時發現設備故障原因并得以解決、提高系統的維護效率，提供了技術保障。

    (4)  實現了外加煤隨動調節控制、雙層卸灰閥的自動控制、混合料和鋪底料料位自動控制等生產過程控制，同時設計了對應的人機界面，使控制系統更加直觀、靈活、可靠、精確。

    (5)  實時顯示和采集配料、燒結、混料等工序的主要熱工參數及生產數據，做到數據自動儲存、計算和歸檔，并能顯示和查詢歷史數據，自動計算和制表，實現了生產、技術和能源報表的班、日、旬、月、年報，并有隨機或實時打印功能。

    (6)  上位監控畫面實現了所有數據資源的共享，各站點間的數據資源可互相調用。生產管理更加簡易化，信息處理更加方便。

4  自控系統的擴展

    二級管理網的開發，可完成燒結過程控制模型的建立和計算、專家系統的應用、模糊技術的應用，以及生產數據信息的再處理，實現燒結生產、信息管理的“透明化”。從技術層面講，Ethernet和TCP/IP網絡技術已被廣泛應用，軟件方面Monitor Pro內置WEB Sever，遵循OPC開放軟件標準，自動環境下與MES和ERP可以無縫連接，提供了一種更簡單和高效的與上層管理信息系統連接的方法。內置的Web服務器，使控制數據易于被不同的操作系統得到，也可以通過公共網絡來訪問工業現場的數據。這種基于Web的體系結構使工業數據更加同步，網絡集成難度降低；同時，也可以更好地控制網絡的數據流量。對實現對燒結生產信息的進一步管理提供了技術保障。目前該廠正在作此方面的工作。

5  小結

    該自動控制系統既實現了生產的全程自動化，生產信息又實現了實時采集和處理，實現了人工傳遞到信息自動管理的轉變，有力地促進了燒結生產的科學運行。但自控控制系統的科學運行，要求現場的設備要保持運行正常、數據準確，為此該廠制定了詳盡的巡檢制度和檢修制度，有效地保證了控制系統的正常運行。總之，在目前制造業充分關注實時信息運用的背景下，計算機信息技術和控制技術在燒結自控系統中的應用，為安鋼燒結廠未來信息的進一步集成打下了良好的基礎。