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一 前言
在自動化工程項(xiàng)目中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是整個(gè)工程的靈魂。因此行之有效的方案，無論是在提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率的保證，同時(shí)也是有效降低工程投資和運(yùn)行成本的關(guān)鍵。
二 問題的提出
隨著工程市場的開放，信息的渠道的廣泛，工程競爭也越來越嚴(yán)重。招標(biāo)單位希望節(jié)省更多的工程投資，同樣投標(biāo)單位希望獲得工程合同以及相應(yīng)的效益，這種投資方和承建方之間的矛盾越來越突出。同時(shí)隨著更多投標(biāo)競爭單位的不斷的加入，市場競爭越演越激烈，最終出現(xiàn)了高運(yùn)作費(fèi)用下的低價(jià)中標(biāo)現(xiàn)象。再次現(xiàn)象中，中標(biāo)單位為了維持應(yīng)有的利潤，不斷的降低系統(tǒng)的配置，造成產(chǎn)品質(zhì)量低下為后期的系統(tǒng)運(yùn)行帶來了種種隱患。最后投標(biāo)單位雖然投資額降低了，可是并沒有實(shí)現(xiàn)物美價(jià)廉；同樣，中標(biāo)方也因?yàn)橘|(zhì)量問題造成回款難度大，信譽(yù)降低的困境。為了很好地解決以行的矛盾，實(shí)現(xiàn)加以雙方的互惠合作，公司在多年的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了“以工程綜合成本為中心的控制系統(tǒng)”設(shè)計(jì)方案，有效的保證了雙方的互惠合作。
三 設(shè)計(jì)方案說明
在傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中，中標(biāo)方一方面因?yàn)榧夹g(shù)原因，另一方面因?yàn)檎J(rèn)識的局限性和具體工作布置中缺乏統(tǒng)一的管理，造成我承接什么思考什么的局面。因而很難從相關(guān)專業(yè)的整體上進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，造成了工程籌建投資和后期生產(chǎn)的綜合成本增加。
“以工程綜合成本為中心的控制系統(tǒng)”設(shè)計(jì)方案就是立足于承接項(xiàng)目，綜合審視工程全貌，以降低綜合成本為中心展開設(shè)計(jì)工作。在這種方案下，設(shè)計(jì)是充分考慮了選型、方案、制作、施工、后期使用等問題，以設(shè)計(jì)為中心，從多方面調(diào)整、協(xié)調(diào)從而達(dá)到降低綜合成本的目的。
四 實(shí)現(xiàn)
“以工程綜合成本為中心的控制系統(tǒng)”是通過在設(shè)計(jì)中充分考慮以下問題的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)雙方互惠的：
合理的進(jìn)行項(xiàng)目的配置選型
根據(jù)工程中受控設(shè)備的生產(chǎn)工作的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)
采用更先進(jìn)的控制方案
以設(shè)計(jì)來規(guī)范制作
1 合理的進(jìn)行項(xiàng)目的配置選型
在工程現(xiàn)場，用戶往往希望通過提高系統(tǒng)的器件配置，來獲得好的生產(chǎn)保證。可是對于不同的工程現(xiàn)場及應(yīng)用，盲目的提高器件配置，不一定能夠得到良好的生產(chǎn)保障，卻肯定地增加了工程的投資。
一個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定不僅僅取決于期間的檔次和質(zhì)量，更取決有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、使用維護(hù)、安裝情況、調(diào)試質(zhì)量等諸多的因素。
同時(shí)因?yàn)橛脩糇陨硪蛩兀沟酶吲渲貌]有起到高效能，甚至高配置下的高性能閑置不用，造成了選型浪費(fèi)。
另外高配置往往也是是器件經(jīng)銷商通過設(shè)計(jì)院所的業(yè)務(wù)選型，直接增加了投資。
因此在工程器件設(shè)計(jì)選型中，我公司主張適合工程應(yīng)用為選用原則，并同時(shí)考慮器件選型的統(tǒng)一和技術(shù)的普遍性，而不盲目的追求高檔次高配置。
（1） 適合工程應(yīng)用：
從高爐自動化涉及的電動設(shè)備來說，主要以電磁拖動為主的電機(jī)。如閥門電機(jī)、振動篩電機(jī)、皮帶電機(jī)。閥門電機(jī)因生產(chǎn)工藝原因，并不經(jīng)常動作，往往一次動作后很長時(shí)間保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)；振篩電機(jī)雖然為頻繁起動電機(jī)，可是他們的間歇周期長（幾分鐘甚至更多），動作時(shí)間短（一分鐘左右）；皮帶電機(jī)為常動電機(jī)，不存在頻繁啟動。同時(shí)他們又一個(gè)共同點(diǎn)就是容量小，啟動電流小，電磁沖擊小。因此這些電動設(shè)備對他們的電磁拖動器件的性能要求不高，按低壓電器國家認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，采用國產(chǎn)中檔產(chǎn)品應(yīng)經(jīng)市最經(jīng)濟(jì)也是可靠的方案。
以上電機(jī)占了高爐自動化生產(chǎn)的主要部分。在系統(tǒng)中也存在著個(gè)別特種電機(jī)，如料車電機(jī)（變頻）、探尺電機(jī)（直流）、布料器電機(jī)（變頻）、料流閥和傾角電機(jī)（伺服電機(jī)）。對于這些電機(jī)需要采用特殊的拖動原件。考慮到新型控制器件國內(nèi)技術(shù)尚不夠完備、相同容量下進(jìn)口和國產(chǎn)價(jià)格相當(dāng)?shù)囊蛩兀捎眠M(jìn)口優(yōu)質(zhì)拖動器件，但電源仍采用國產(chǎn)器件。
（2）應(yīng)用技術(shù)成熟
這主要正對高技術(shù)含量的器件選型，比如PLC、變頻器、直流調(diào)速、伺服控制器。在冶金行業(yè)，PLC以西門子產(chǎn)品為主，占據(jù)著市場80%的份額，同樣變頻器主要以施耐得、直流調(diào)速以西門子、伺服以日本山洋為主。考慮到器件應(yīng)用廣泛、應(yīng)用技術(shù)成熟，技術(shù)人員群體穩(wěn)定，優(yōu)先選用以上器件。
2 根據(jù)工程中受控設(shè)備的生產(chǎn)工作的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)
隨著工業(yè)自動化控制的普及，工程現(xiàn)場控制主要體現(xiàn)在PLC的自動生產(chǎn)控制和現(xiàn)場手動調(diào)試、檢修維修為主的方式。現(xiàn)場設(shè)備的生產(chǎn)效率主要通過自動控制系統(tǒng)的高效控制和快捷的設(shè)備維修檢修來保證。因此在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分考慮這一特點(diǎn)，從在自動控制程序和電氣設(shè)計(jì)兩方面著手，設(shè)計(jì)相適應(yīng)的控制系統(tǒng)，在保證功能的基礎(chǔ)上降低綜合成本。
（1）自動化程序設(shè)計(jì)
在程序設(shè)計(jì)中，除了完成主要的生產(chǎn)控制功能，更主要的體現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的保障功。因此在程序中設(shè)計(jì)良好的人機(jī)信息交流程序。在故障發(fā)生時(shí)，通過程序的自主分析診斷，為生產(chǎn)者提供盡可能詳細(xì)的故障信息，降低故障排查的時(shí)間，從而提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率降低生產(chǎn)成本。
（2）電氣控制回路設(shè)計(jì)
因?yàn)樽詣踊到y(tǒng)的原因，系統(tǒng)電氣回路的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在現(xiàn)場控制上。同時(shí)因?yàn)楝F(xiàn)場器件多且工況不好以及回路復(fù)雜，造成因?yàn)楝F(xiàn)場控制導(dǎo)入的故障成為生產(chǎn)過程中故障的主要部分。因此有效的簡化現(xiàn)場控制是降低成本和提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的有效途徑。
在設(shè)計(jì)中，我們采用以下方式簡化現(xiàn)場設(shè)備和控制回路：
A 按功能對設(shè)備進(jìn)行編組統(tǒng)一就地控制
在生產(chǎn)設(shè)備中，往往是幾個(gè)設(shè)備共同組成一個(gè)功能組，協(xié)同完成同一個(gè)功能。在自動化為主體的連鎖控制中，這一特點(diǎn)顯得尤為突出。針對這一情況，在就地設(shè)計(jì)中把統(tǒng)一功能下的設(shè)備當(dāng)作一個(gè)整體來處理，設(shè)計(jì)一個(gè)控制箱。
這樣做得好處是在不影響自動控制的基礎(chǔ)上能夠減少現(xiàn)場設(shè)備，減少施工的工時(shí)、施工的輔助材料的消耗。
能對控制電纜進(jìn)行合并，減少電纜的使用和配管的數(shù)量。同時(shí)也使控制柜內(nèi)電線電纜的數(shù)量降低一半，使控制柜整潔明了，便于維護(hù)。
B 對相鄰設(shè)備進(jìn)行就地集中控制
同樣考慮到減少電氣設(shè)備的空間占用、減少電線電纜和施工消耗，對相鄰的設(shè)備在就地控制設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用合并控制箱的方式。采用這一方法的時(shí)候應(yīng)該在主令器件選型時(shí)從份考慮質(zhì)量保證。
C 針對維護(hù)維修、調(diào)試的目的進(jìn)行電路設(shè)計(jì)
因?yàn)樵诂F(xiàn)在的自動化工業(yè)生產(chǎn)中，現(xiàn)場控制主要表現(xiàn)為設(shè)備的檢修、調(diào)試，而不是生產(chǎn)目的。因此在設(shè)計(jì)中，針對這一特點(diǎn)，圍繞保證設(shè)備的檢修、調(diào)試目的進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)，盡量的降低控制回路的復(fù)雜性和器件的多樣化。這樣做一方面簡化了電路，減少了故障點(diǎn)，更好的保證設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)也減少相應(yīng)的資金投入，如調(diào)試工時(shí)和后期維修工時(shí)。
D 采用不同型號的器件保證質(zhì)量
以上的實(shí)現(xiàn)都離不開對控制用主令器件的高質(zhì)量要求。這里的高質(zhì)量要求不是指生產(chǎn)廠家，而是指器件的耐用性。
因?yàn)楝F(xiàn)場往往具有著高粉塵、雨淋、高振動等不利因素，因此設(shè)計(jì)盡量避免對環(huán)境要求高的器件。在自鎖開關(guān)上，設(shè)計(jì)采用LW5系列轉(zhuǎn)換開關(guān)，而不采用對震動、對環(huán)境要求高的按鈕開關(guān)或是旋鈕開關(guān)。當(dāng)然，也可以通過設(shè)計(jì)防塵箱體來實(shí)現(xiàn)。
3 采用更先進(jìn)的控制方案
以上所說雖然能夠在一定程度上降低電線電纜的投入、安裝調(diào)試和后期維護(hù)的投入，可是畢竟還不能做到最大限度的降低綜合成本。我公司在總結(jié)工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場總線控制方式，設(shè)計(jì)了獨(dú)特的“仿現(xiàn)場總線方式&分布式I/O方式的自動化系統(tǒng)”。這一方案再不改變系統(tǒng)性能，不增加控制系統(tǒng)自身投資的前提下，大幅減少了電線電纜的消耗和安裝調(diào)試的投入，最大限度的降低了工程的綜合成本。
4 以設(shè)計(jì)規(guī)范制作
以上做法都是從方案角度出發(fā)的降低綜合成本的的，為了更好地從后期的維護(hù)通過降低維護(hù)難度提高生產(chǎn)效率，從制作規(guī)范目的出發(fā)在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，特別重視設(shè)備制作的設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)包括期間的排布設(shè)計(jì)、器件的接線圖設(shè)計(jì)、端子分布布局設(shè)計(jì)。
其中通過器件的接線圖設(shè)計(jì)，不僅可以規(guī)范制作接線，同時(shí)也因?yàn)橐?guī)范化，為后期的維修提供了保障。
通過對端子的布局設(shè)計(jì)，一方面保證了控制柜的電磁兼容的要求，更保證了安裝的上線規(guī)矩，布線層次分明，易于后期的電線電纜的工作開展。
五 總結(jié)
“以工程綜合成本為中心的控制系統(tǒng)”設(shè)計(jì)方案能夠?yàn)橛脩籼峁┑途C合成本的控制系統(tǒng)，為用戶在初期投資、早日投產(chǎn)達(dá)效、后期設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率等方面綜合降低運(yùn)轉(zhuǎn)成本提供了良好的保證。
公司簡介:
我公司主要承接高爐自動化\煉鋼自動化工程\皮帶秤配料系統(tǒng)\變頻工程\窯爐自動化工程，以及稱重儀表\皮帶秤儀表的銷售。
我公司工程師從事冶金工程設(shè)計(jì)、調(diào)試工作已達(dá)七年之久，自主設(shè)計(jì)多套高爐及相關(guān)系統(tǒng)的自動化及儀表控制系統(tǒng)，這些高爐包括：
序號 項(xiàng)目名稱 工程范圍 系統(tǒng)配置 項(xiàng)目負(fù)責(zé)
1 鞍鋼集團(tuán)11#高爐粒化渣系統(tǒng) 粒化渣系統(tǒng)電氣儀表自動化設(shè)計(jì)及軟件編程 PLC:s7300
組態(tài)：WINCC5.0
變頻：安川110kw變頻
儀表：EJA、E+H 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
編程：劉志勇
2 唐山灤縣安泰鋼鐵燒結(jié) 36平燒結(jié)自動化配料系統(tǒng) 組態(tài)：MCGS5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
3 鞍山海城后英集團(tuán)燒結(jié) 36平燒結(jié)自動化配料系統(tǒng) 西門子s7300組態(tài)：WINCC5.0
變頻：富士11kw變頻 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
編程：劉志勇
施工：鄭宏、劉志勇
4 山西曲沃宇晉鋼鐵廠燒結(jié) 72平燒結(jié)自動化配料系統(tǒng) 西門子s7300組態(tài)：WINCC5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 施工：鄭宏、蔡慧
5 石家莊敬業(yè)集團(tuán)豎爐 10豎爐自動化配料系統(tǒng)改造 組態(tài)：MCGS5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
編程：劉志勇
施工：鄭宏、劉志勇
6 唐山豐潤天柱鋼鐵燒結(jié) 36平燒結(jié)自動化配料系統(tǒng) 組態(tài)：MCGS5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
編程：劉志勇
施工：鄭宏
7 唐山豐潤天柱鋼鐵燒結(jié) 72平燒結(jié)自動化配料系統(tǒng) 組態(tài)：MCGS5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
編程：劉志勇
施工：鄭宏
8 內(nèi)蒙古赤峰遠(yuǎn)聯(lián)燒結(jié) 72平燒結(jié)儀表 用戶指定 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
施工：朱海城
9 秦皇島靖安安豐鋼鐵廠高爐 2座450高爐電氣儀表自動化 西門子s7400組態(tài)：WINCC6.0
變頻：施耐得315kw變頻
儀表成套 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
編程：孟令科、于強(qiáng)
施工：劉志勇、鄭宏、寇國海、朱海城、楊海濤
10 秦皇島靖安安豐鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐 2座45噸轉(zhuǎn)爐電氣儀表自動化 西門子s7300組態(tài)：WINCC6.0
變頻：富士220kw變頻
儀表成套 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇、羅
編程：楊希軍
施工：劉志勇、鄭宏、寇國海、朱海城、楊海濤
11 秦皇島靖安安豐鋼鐵廠燒結(jié) 3座72平燒結(jié)儀表 儀表：E+H、唐山智德 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：林月強(qiáng)
施工：朱海城
12 秦皇島靖安安豐豎爐 3座10平豎爐儀表 儀表：E+H、唐山智德 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：林月強(qiáng)
施工：朱海城
13 唐山豐南友明鋼廠 2座35噸轉(zhuǎn)爐電氣儀表自動化 儀表：E+H、百特 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
施工：王冀東
14 遷安眾和求團(tuán)廠 1座10平豎爐儀表 儀表：E+H、百特 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：林月強(qiáng)
施工：朱海城
15 唐山國豐3號高爐 儀表自動化 儀表：E+H、百特 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉燦軍
施工：鄭宏、侯海軍、郭齊
16 山東泗水鋼鐵公司 高爐儀表自動化 儀表：EJA、百特 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉燦軍
施工：白賀英、侯海軍、郭齊
17 豐南瑞豐鋼鐵 1座10平豎爐儀表 儀表：EJA、百特 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：王冀東
施工：白賀英、侯海軍、郭齊
18 包頭吉鑫鋼鐵公司 50T轉(zhuǎn)爐儀表工程 儀表：E+H、百特 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：王冀東編程：楊希軍
施工：白賀英、侯海軍、郭齊
19 唐山灤南鵬程高爐 1座600高爐電氣儀表自動化 西門子s7300組態(tài)：WINCC6.0
變頻：施耐得400kw變頻
儀表成套 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：劉志勇
同時(shí)我公司為完善技術(shù)體系，編寫了高爐自動化方案、轉(zhuǎn)爐自動化方案、皮帶秤配料方案、皮帶秤調(diào)試總結(jié)、“仿現(xiàn)場總線方式&分布式I/O方式的高爐自動化系統(tǒng)”方案、伺服電機(jī)控制、變頻調(diào)速等技術(shù)資料，以服務(wù)于用戶的技術(shù)培訓(xùn)和后期技術(shù)管理。
唐山市金佰方自動化設(shè)備有限公司
劉志勇
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號