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1 前言
       上鋼一廠新建2500m3高爐已于1999年10月8日順利點火投產(chǎn)，該高爐在自動化控制系統(tǒng)方面充分吸收了國內、國外的先進經(jīng)驗，無論在控制系統(tǒng)的構成上，在控制功能上，還是在系統(tǒng)操作水平上，都處于當今世界先進水平。

2 工藝概況
        高爐年產(chǎn)生鐵175萬噸。有燒結礦槽5個，塊礦槽5個，雜礦槽4個，小粒度礦槽及小塊焦槽各1個，焦槽5個，采用小粒度礦回收技術。礦石和焦炭經(jīng)中間料斗，經(jīng)上料皮帶機至爐頂。爐頂為串罐式無料鐘爐頂，采用高壓操作技術，爐頂壓力通過減壓閥組進行調節(jié)。煤氣清洗采用一級重力除塵（DC）和兩級文氏管（VS）濕式除塵。高爐有30個風口，富氧、加濕送風，并采用了噴煤（PCI）技術。分南、北雙出鐵場，有3個出鐵口，用260噸魚雷式混鐵車運輸鐵水。用英巴法處理水渣，南、北出鐵場各設置一套水渣處理系統(tǒng)。有四座內燃式熱風爐，采用燃燒余熱回收技術，燃燒高爐煤氣；送風方式有單爐送風、冷并聯(lián)送風、熱并聯(lián)送風三種。
3 自動化控制系統(tǒng)構成
高爐采用美國西屋公司的WDPF II Plus分布式控制系統(tǒng)（DCS）進行自動化控制。該控制系統(tǒng)具有以下特點：
(1) 通用性強，開放性好，能兼容不同制造商的自動化設備（如AB公司PLC，遵從FF協(xié)議的智能儀表等）；并能通過TCP/IP協(xié)議與管理計算機實現(xiàn)通信。
(2) 控制系統(tǒng)所特有的分布式數(shù)據(jù)庫結構，減少了集中式數(shù)據(jù)庫所帶來的風險，使用戶能很容易地訪問數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中的每一點包含了該點的全部信息，只要該點在數(shù)據(jù)庫中定義，整個系統(tǒng)均可訪問它。
(3) 與采用PLC+DCS結構形式的控制系統(tǒng)相比較，控制系統(tǒng)的分布式結構克服了電氣和儀表專業(yè)分工明顯，系統(tǒng)網(wǎng)絡結構復雜，網(wǎng)絡接口通信速度慢的缺點，使用戶能更有效地利用系統(tǒng)資源，提高了系統(tǒng)的易維護性和控制的實時性，有利于實現(xiàn)三電一體化的目標。
納入控制系統(tǒng)控制的工藝范圍包括：高爐礦石及焦炭儲備及輸送系統(tǒng)，上料系統(tǒng)，無料鐘爐頂系統(tǒng)，高爐本體系統(tǒng)，出鐵場系統(tǒng)，煤氣清洗系統(tǒng)，熱風爐系統(tǒng)，水渣系統(tǒng)，煤粉制備及噴吹系統(tǒng)，并預留了爐頂余壓發(fā)電（TRT）系統(tǒng)的控制設備?？刂葡到y(tǒng)在系統(tǒng)功能上由兩級組成。
第一級為基礎自動化級，主要完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集和初步處理、數(shù)據(jù)顯示和記錄，生產(chǎn)操作，執(zhí)行對生產(chǎn)過程的連續(xù)調節(jié)控制和邏輯順序控制。共配置了15臺控制站（DPU），9臺以SUN工作站為硬件平臺的操作員站（其中2臺兼作工程師站，用于系統(tǒng)組態(tài)及軟件維護，1臺帶有37(大屏幕顯示器)，配置了5臺打印機和1臺硬拷貝機（分別用于報警信息打印和畫面硬拷貝打印），以及高速數(shù)據(jù)通信總線（Wesnet Plus）等。每個DPU控制站硬件按冗余方式配置，包括冗余的Intel CPU、分布式數(shù)據(jù)存儲器、通信控制器、電源，以及非冗余的I/O模件（可帶電插拔），輸入接線端子（Half-Shell），輸出繼電器等；軟件包括 DPU系統(tǒng)固化支持程序，分布式數(shù)據(jù)庫程序等。每個操作員站硬件包括冗余的分布式數(shù)據(jù)存儲器、通信控制器，以及非冗余的RISC CPU、20(CRT顯示器（帶觸摸屏功能）、電源、硬盤、鼠標、工程師鍵盤、操作員鍵盤等；軟件包括工程師/操作員系統(tǒng)支持程序， Unix操作系統(tǒng)。操作站之間可互為備用。高速數(shù)據(jù)通信總線（Wesnet Plus）通信方式為按時間分片進行數(shù)據(jù)廣播的方式，通信介質室內部分采用同軸電纜，室外部分采用光纖。采用以太網(wǎng)進行文件傳輸，并與其它系統(tǒng)之間通信留有接口。
第二級為過程控制級，主要完成生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)設定、操作指導、作業(yè)管理、控制計算、數(shù)據(jù)處理及存儲。過程控制級共配置了4臺SUN工作站，用于高爐生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)設定、操作指導、作業(yè)管理、控制計算、數(shù)據(jù)處理及存儲；配置了2臺打印機和1臺硬拷貝機（分別用于報表信息打印和畫面硬拷貝打?。?；配置了2臺PC終端機，通過調制－解調（Modem）方式，實現(xiàn)與高爐原燃料供應系統(tǒng)（原料場）的數(shù)據(jù)通信。
控制系統(tǒng)中各單元通過高速數(shù)據(jù)總線Wesnet Plus和以太網(wǎng)進行通信。采用不間斷電源裝置（UPS）供電，停電保持時間不小于30分鐘?？刂葡到y(tǒng)結構及設置場所圖略可向作者索取。
控制系統(tǒng)設備按不同的控制對象，設置在相應的電氣室或控制室中，個別遠程I/O設置在現(xiàn)場。


4 主要控制功能
在分配15臺分布式控制站（DPU）的控制功能時，我們打破了傳統(tǒng)按電氣－儀表專業(yè)分工的界限，按照高爐各個工藝組成單元進行分配。各個DPU主要控制功能如下：
DPU1：進行礦石儲備及輸送系統(tǒng)設備運行狀態(tài)、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理；礦石給料機、振動篩、稱量料斗閘門、礦石輸送皮帶機、轉換溜槽等設備的順序運轉控制；礦石稱量方式控制；稱量料斗排料順序控制；礦石輸送皮帶機上原料模擬跟蹤控制；稱量料批管理；設備故障報警處理等。
DPU2：進行焦炭儲備及輸送系統(tǒng)設備運行狀態(tài)、稱重和水分數(shù)據(jù)采集和初步處理；焦炭振動篩、焦炭輸送皮帶機、轉換溜槽等設備的順序運轉控制；礦石稱量誤差補正控制；焦炭稱量誤差補正控制；焦炭水分補正控制；稱量料批管理；設備故障報警處理等。
DPU3：進行上料系統(tǒng)設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和初步處理；礦石中間料斗閘門、焦炭稱量料斗閘門、上料皮帶機、上料皮帶機清洗閥等設備的順序運轉控制；爐頂裝料方式控制；裝料方式預約變更控制；裝料數(shù)據(jù)跟蹤控制；上料皮帶機上原料模擬跟蹤控制；裝料料批管理；設備故障報警處理等。
DPU4：進行高爐本體系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)采集和初步處理。
DPU5：進行爐頂系統(tǒng)設備運行狀態(tài)、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理；爐頂旋轉料罐、上部料閘、上密封閥、均壓閥、排壓閥、下密封閥、料流調節(jié)閥、密封閥蒸汽加熱閥、布料溜槽、探尺等設備的順序運轉控制；爐頂時序控制；爐頂均排壓控制；爐頂稱量壓力補正控制；布料方式控制；布料定位控制；特殊布料控制；料流調節(jié)閥自學習控制；布料溜槽傾動角度補償控制；設備故障報警處理等。
DPU6~7：進行高爐本體系統(tǒng)現(xiàn)場壓力、流量數(shù)據(jù)采集和初步處理；爐頂灑水控制；爐頂煤氣成分分析；爐喉十字測溫；爐身煤氣成分分析；風口及爐身冷卻板檢漏；爐身差壓監(jiān)視及透氣性指數(shù)計算；故障報警處理等。
DPU8：進行高爐爐頂及煤氣清洗系統(tǒng)溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)采集和初步處理；風口及爐身冷卻板檢漏；爐頂壓力控制；文氏管洗滌器水位控制；文氏管洗滌器煤氣差壓控制；文氏管洗滌器喉口差壓控制；故障報警處理等。
DPU9：進行用于熱風爐系統(tǒng)換爐控制設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和初步處理；排壓閥、充壓閥、煙道閥、冷風閥、熱風閥、高爐
煤氣燃燒閥、高爐煤氣切斷閥、高爐煤氣吹掃閥、助燃空氣燃燒閥、燃燒煤氣放散閥、排壓主閥、煙氣旁通閥、煙氣切斷閥、預熱空氣切斷閥、助燃空氣旁通閥、預熱煤氣切斷閥、高爐煤氣旁通閥、熱風放散閥、助燃風機等設備的運轉控制；送風方式控制；換爐控制；設備故障報警處理等。
DPU10：進行熱風爐系統(tǒng)燃燒控制溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)采集和初步處理；燃燒控制；送風溫度控制；故障報警處理等。
DPU11：為TRT預留。
DPU12：進行兩個系列噴吹煤粉的制備系統(tǒng)設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和初步處理；磨煤機、給煤機、密封風機、助燃風機、煤粉風機、煙道閥、干燥爐放散閥、煤粉輸送機等設備的運轉控制；設備故障報警處理等。
DPU13：進行兩個系列噴吹煤粉溫度、壓力、流量、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理；總管及噴吹量控制；支管及噴吹量控制；總噴煤速率控制；故障報警處理等。
DPU14：進行北水渣及北出鐵場系統(tǒng)設備運行狀態(tài)、溫度、液位、流量、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理；轉鼓過濾器、爐渣輸送皮帶機、?；?、粒化水循環(huán)泵、底流泵、加壓泵、擺動溜槽、沖制閥、集水槽回水閥、成品槽水清洗閥、氣控管路閥、事故閥等設備的運轉控制；出渣方式控制；轉鼓調速控制；水渣設施運行程序控制；設備故障報警處理等。
DPU15：進行南水渣及南出鐵場系統(tǒng)設備運行狀態(tài)、溫度、液位、流量、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理；轉鼓過濾器、爐渣輸送皮帶機、?；?、粒化水循環(huán)泵、底流泵、加壓泵、擺動溜槽、沖制閥、集水槽回水閥、成品槽水清洗閥、氣控管路閥、事故閥等設備的運轉控制；出渣方式控制；轉鼓調速控制；水渣設施運行程序控制；設備故障報警處理等。


5 軟件編制
軟件編制在工程師站上進行。編制完成的程序通過工程師站分別下裝到控制站和操作站中。由于數(shù)據(jù)庫是控制系統(tǒng)的核心，軟件編制開始前必須先完成數(shù)據(jù)庫的定義。只有在數(shù)據(jù)庫中有定義的點，才能在軟件編制過程中被引用。
運用梯形圖、回路圖和控制算法進行組合的方式編制控制站程序。每一幅梯形圖、回路圖以及每一個控制算法中的控制點都可以通過自己在系統(tǒng)中的唯一點名，與其它控制調節(jié)回路、控制算法、以及操作站畫面進行鏈接。
控制系統(tǒng)運用基于Auto CAD的圖形編輯器（Graphics Builder）進行畫面程序的編制。在開放式Auto CAD環(huán)境下，以對話窗口的方式，利用系統(tǒng)標準的或用戶自定義的圖形庫、顏色庫、線型庫、填充型式來生成圖形畫面。生成的畫面圖形文件以Auto CAD的文件格式儲存在硬盤上，需編譯成系統(tǒng)標準格式后，才能下裝到操作站中。


6 控制方式
控制系統(tǒng)主要控制方式有“自動”，“手動”，“非常手動”，“現(xiàn)場”四種。
在“自動”控制方式下，控制系統(tǒng)按照預先設定的生產(chǎn)方案，自動完成所有控制及監(jiān)視功能。
在“手動”控制方式下，控制系統(tǒng)按照操作員在CRT操作站上發(fā)出的操作指令，逐步完成所有控制及監(jiān)視功能。
“非常手動”用于高爐休風操作，控制系統(tǒng)不參與控制與操作，操作員在緊急操作臺上發(fā)出操作指令，通過繼電器回路完成休風操作過程。
在“現(xiàn)場”控制方式下，控制系統(tǒng)不參與控制與操作，操作員在現(xiàn)場操作箱上發(fā)出操作指令，通過繼電器回路完成控制及監(jiān)視功能?！艾F(xiàn)場”控制方式主要用于設備檢修與調試。


7 操作方法及畫面類型
操作人員在控制室通過操作站對各工藝系統(tǒng)進行集中操作和監(jiān)視。操作人員用鍵盤移動光標或通過鼠標，點擊畫面上各工藝系統(tǒng)或設備操作＂激活＂區(qū)，彈出操作子畫面窗口，按操作提示進行生產(chǎn)操作。一臺操作站上可以同時監(jiān)控4幅不同的畫面，畫面之間可通過菜單畫面或直接鏈接實現(xiàn)快速轉換。
除上述在操作員站上進行的全CRT操作方法以外，在高爐中控室設有爐頂及熱風爐緊急操作臺，以備高爐停電、控制系統(tǒng)故障、緊急休風時的應急處理。緊急操作臺為安裝有操作按鈕、轉換開關及信號燈的常規(guī)操作臺。進行緊急操作時，在操作員站上進行的操作無效。
主要畫面類型有：
(1)菜單畫面;(2)系統(tǒng)總體監(jiān)視畫面;(3)系統(tǒng)局部監(jiān)視畫面（含操作子畫面）;(4)系統(tǒng)選擇畫面;(5)設定畫面;(6)控制回路顯示畫面（含設定值﹑過程變量﹑輸出值的棒圖及數(shù)值顯示）;(7)動態(tài)趨勢顯示畫面（含實時的和歷史的）;(8)報警畫面;(9)設備運行維護畫面;(10)操作指導畫面


8 系統(tǒng)抗干擾措施
高爐各個工藝單元分布較廣，現(xiàn)場干擾源較多。為保證控制系統(tǒng)的正常運行，避免因外界干擾引發(fā)設備的誤動作及系統(tǒng)站點通信中斷的＂掉站＂現(xiàn)象，我們在設計中非常注意外界干擾可能對系統(tǒng)運行帶來的影響。具體措施有：
（1）控制系統(tǒng)采用隔離變壓器供電，減少電氣噪聲。
（2）設置單獨的接地系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)機柜與安裝構件絕緣，做到系統(tǒng)接地與工廠常規(guī)接地嚴格分開。
（3）所有來自現(xiàn)場的信號均通過信號隔離器和中間繼電器隔離。
（4）室外敷設的通信總線采用光纖。I/O接線采用屏蔽電纜。
由于采用了上述抗干擾措施，使系統(tǒng)從調試到投產(chǎn)整個過程，一直運行平穩(wěn)，極少損壞模板，也沒出現(xiàn)＂掉站＂等不正常現(xiàn)象。


9 結束語
高爐投產(chǎn)至今，控制系統(tǒng)一直正常穩(wěn)定運行，高爐各項生產(chǎn)指標均已達到設計要求，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。