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    作者簡介： 梁建輝，男，吉林北華大學(xué)電氣自動化專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)就職于宜科（天津）電子有限公司工作。職稱工程師。主要從事電氣自動化系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計、系統(tǒng)編程及調(diào)試系統(tǒng)集成工作。

    摘要：介紹現(xiàn)場總線模塊的原理及FC200現(xiàn)場總線模塊產(chǎn)品的特點(diǎn)，結(jié)合轉(zhuǎn)爐工藝特點(diǎn)配置系統(tǒng)硬件及參數(shù)設(shè)置；根據(jù)轉(zhuǎn)爐工藝要求介紹編程要點(diǎn)。FC200現(xiàn)場總線模塊是成熟的產(chǎn)品，經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明它能出色應(yīng)用在冶金等行業(yè)，相比傳統(tǒng)集中式系統(tǒng)節(jié)約大量有色金屬，減少自動化系統(tǒng)的整體投資，提高可靠性，方便維護(hù)。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線技術(shù)；氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼；PLC編程

     隨著自動化技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)大，采用傳統(tǒng)集中式???模塊布置的方法已經(jīng)難以滿足用戶要求，在浪費(fèi)大量有色金屬電纜同時使現(xiàn)場信號衰減，長電纜容易引入干擾，且如果斷線或短路后查找故障位置困難。在通訊和電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，采用現(xiàn)場總線技術(shù)在信號采集點(diǎn)附近配置分布式???已經(jīng)是大勢所趨。本項目采用?????分布式???模塊產(chǎn)品，支持多種工業(yè)總線：????????、?????????、???????、????????、工業(yè)以太網(wǎng)等；有豐富的???模塊，齊全的功能模塊：通訊、驅(qū)動、高速計數(shù)等，緊湊設(shè)計，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，節(jié)約空間，背板總線設(shè)計，靈活擴(kuò)展，可快速、簡易安裝在標(biāo)準(zhǔn)?????型導(dǎo)軌；卡簧接線排，方便接線；高運(yùn)行穩(wěn)定性；編程兼容?????????????等軟件；支持?????的?????（運(yùn)行中配置硬件設(shè)備）功能，可在以后改造時不停機(jī)添加新的???配件；具有良好的性價比。本文結(jié)合河北某鋼廠新建的???氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹?????現(xiàn)場總線模塊在自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。

    1 現(xiàn)場總線技術(shù)

    現(xiàn)場總線是以單個分散的數(shù)字化智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。

    FC200系統(tǒng)支持市場上占有率最大的幾大總線，即Profibus、DeviceNet、CanOpen、Interbus、工業(yè)以太網(wǎng)等，可最大限度地方便行業(yè)及用戶習(xí)慣選用。使用現(xiàn)場總線技術(shù)能節(jié)省硬件成本，設(shè)計組態(tài)安裝調(diào)試簡便，系統(tǒng)的安全可靠性好，減少故障停機(jī)時間，系統(tǒng)維護(hù)設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)充方便。曾有機(jī)構(gòu)作過傳統(tǒng)系統(tǒng)與使用Profibus系統(tǒng)的費(fèi)用測算，在相同功能及點(diǎn)數(shù)情況下，Profibus總線系統(tǒng)比傳統(tǒng)4~20mA系統(tǒng)節(jié)約工程費(fèi)、安裝費(fèi)及硬件費(fèi)共計約43%以上。

    2 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼

    氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼是現(xiàn)在被廣泛采用的煉鋼法。按照配料要求，先把廢鋼等裝入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，吹入氧氣（純度大于99％的高壓氧氣流），使它直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，除去雜質(zhì)。在除去大部分硫、磷后，當(dāng)鋼水的成分和溫度都達(dá)到要求時，即停止吹煉，提升噴槍，準(zhǔn)備出鋼。出鋼時使?fàn)t體傾斜，鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時加入脫氧劑進(jìn)行脫氧和調(diào)節(jié)成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋制成各種鋼材。與煉鋼轉(zhuǎn)爐相配套的有一次除塵風(fēng)機(jī)、煙氣凈化、煙氣冷卻、散料運(yùn)輸及鐵合金稱量系統(tǒng)等。轉(zhuǎn)爐氧槍及傾動系統(tǒng)要求配有嚴(yán)格聯(lián)鎖要求，以保證各自能正常工作。

    3 系統(tǒng)硬件配置

    該轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)項目主要由本體PLC、風(fēng)機(jī)房PLC、汽化冷卻PLC、散料上料PLC子系統(tǒng)組成。除本體采用S7-400的414-3PLC以外，其余子系統(tǒng)采用S7-300的315-2DP的PLC。本體PLC下帶六個FC200的Profibus-DP分站，其余PLC各帶兩個FC200的Profibus-DP分站。整個系統(tǒng)共配置的I/O模塊點(diǎn)數(shù)如表1所示。

    表1

                

                    

                                  圖1本體的硬件組態(tài)配置圖

    本體I/O分站采取就近放置原則，最大限度地減少現(xiàn)場電纜長度，為用戶節(jié)約電纜及橋架硬件投入和施工費(fèi)用。FC200模塊標(biāo)準(zhǔn)35mmDIN導(dǎo)軌安裝，單槽模塊寬度僅為25.4mm，高度和深度分別為76mm，占用柜體空間很少。前端接線端子為彈簧夾式，實(shí)現(xiàn)安全免維護(hù)接線。拔下前端接線端子即可更換模塊，維護(hù)方便?，F(xiàn)場儀表中壓力變送器使用ELCO公司的PS604系列，具有醒目的可旋轉(zhuǎn)紅色LED顯示，不銹鋼外殼適合冶金現(xiàn)場惡劣的環(huán)境。PS604壓力變送器通過ECP系列配電器接入附近的I/O分站。

    PLC系統(tǒng)及I/O分站系統(tǒng)的接地與低壓系統(tǒng)及變頻器系統(tǒng)分開，消除由于共接地系統(tǒng)引起的干擾問題。

    4 參數(shù)設(shè)置

    在STEP7硬件組態(tài)中，F(xiàn)C200的AI-BD40模塊可設(shè)置電流輸入的類型，AI-BF00可設(shè)置熱電阻或熱電偶輸入，打開或關(guān)閉斷線監(jiān)測功能，以及每秒的測量轉(zhuǎn)換次數(shù)，使用戶在精度和速度之間權(quán)衡。AO-BD40模塊可設(shè)成4~20mA或0~20mA輸出。一般把不用的模擬量通道取消激活，提高系統(tǒng)檢測速度。

    5 編程要點(diǎn)

    5.1 氧槍下槍聯(lián)鎖與故障自動提槍聯(lián)鎖

    氧槍下槍吹煉要具備很多條件才能進(jìn)行，條件不具備輕則會損壞氧槍，重則造成炸爐事故。同理當(dāng)正在吹煉時當(dāng)出現(xiàn)故障要能自動提槍，以便保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)條件不具備時PLC鎖定輸出后，為讓操作人員迅速找出原因，并在必要時解除聯(lián)鎖，為此在上位機(jī)畫面上用復(fù)選框做出選擇畫面并指示狀態(tài)，如圖2所示。

                 

                                圖2 上位機(jī)選擇畫面

    5.2 散料下料振料設(shè)定及下料累計

    用戶要求給料振打能根據(jù)稱量斗的值和設(shè)定值自動停振，且在稱量斗放料后能累計放料的料種和放料量，為此在編程中設(shè)置兩套比較系統(tǒng)，分別由振斗工作狀態(tài)和放料閥工作狀態(tài)來啟動。

    5.3和其它子系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)

    本體PLC系統(tǒng)與其它配套系統(tǒng)如散料上料PLC、風(fēng)機(jī)房PLC、汽化冷卻PLC系統(tǒng)因距離較遠(yuǎn)，均用光纖和環(huán)網(wǎng)交換機(jī)聯(lián)成100M以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，故子系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)通過環(huán)網(wǎng)完成，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，當(dāng)環(huán)網(wǎng)中一點(diǎn)斷開時不影響使用。
編程使用STEP7中的SFB14（讀）和SFB15（寫）塊，在子系統(tǒng)中（如風(fēng)機(jī)房PLC）設(shè)定用于通訊的DB塊，這樣可把風(fēng)機(jī)房中一次轉(zhuǎn)塵風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速傳至本體PLC上做聯(lián)鎖使用。

    5.4 和鋼水測溫槍數(shù)據(jù)連接

    每爐鋼吹煉后都要測量鋼水溫度，以確定是否到達(dá)吹煉終點(diǎn)。測溫槍每爐的測溫數(shù)據(jù)要傳入PLC并記錄在上位機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，方便檢索。傳統(tǒng)的4~20mA傳輸會因零點(diǎn)及其它干擾原因存在偏差，這在用戶方面是不允許的。因此這個項目中直接把測溫槍的BCD碼數(shù)據(jù)接入FC200的NPN型的DI輸入模塊，在編程時再把BCD碼轉(zhuǎn)為二進(jìn)制歸檔。

    5.5 吹氧吹氮時間計時

    轉(zhuǎn)爐氧槍下槍吹煉后需要計算吹氧時間，濺渣時計算吹氮時間；如果用系統(tǒng)時間來實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，本項目采用兩個計數(shù)器，分別定義為秒計數(shù)器和分計數(shù)器，當(dāng)下槍吹煉的標(biāo)志出現(xiàn)時，使用PLC屬性自定義的秒脈沖來驅(qū)動秒計數(shù)器，滿60秒后產(chǎn)生脈沖驅(qū)動分計數(shù)器，簡單可靠。吹煉的標(biāo)志采用氧氣或氮?dú)饪焖偾袛嚅y開到位信號及氣體流量達(dá)到一定值時同時驅(qū)動，避免由于閥開位信號或流量信號出現(xiàn)問題時使計時停止的問題。

    6 使用效果

    當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)新的工藝而增加新的受控設(shè)備時，就要對原控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)進(jìn)行更改。本轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)利用ELCO公司FC200分布式I/O模塊產(chǎn)品結(jié)合西門子的控制系統(tǒng)的CiR功能實(shí)現(xiàn)了在轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)過程中，進(jìn)行硬件組態(tài)更改，如FC200分布式I/O模塊的添加、刪除和重新參數(shù)化，甚至增加或減少若干FC200控制分站時無需停機(jī)和設(shè)備重啟，不會造成控制系統(tǒng)的死機(jī)，縮短了調(diào)試時間，無需中斷當(dāng)前的轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)過程，減少了停機(jī)損失。這樣，新工藝新技術(shù)就得以最快速度的實(shí)現(xiàn)，提高了鋼廠快速適應(yīng)市場變化的能力。

    經(jīng)過半年的運(yùn)行使用，F(xiàn)C200現(xiàn)場總線模塊工作穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)自身原因的質(zhì)量問題，整個自動化系統(tǒng)運(yùn)行可靠，保證煉鋼生產(chǎn)的進(jìn)行，同時為用戶節(jié)約了大量的電纜投資和安裝費(fèi)用。FC200與其它IP20分布I/O相比，具有體積小巧、安裝密度大、節(jié)約柜體空間、性價比高，得到用戶的廣范認(rèn)可。

                    

                                             圖3現(xiàn)場圖