今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
一 前言
在自動化工程項目中，系統設計方案是整個工程的靈魂。因此行之有效的方案，無論是在提高系統的可靠性、穩定性、生產效率的保證，同時也是有效降低工程投資和運行成本的關鍵。
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重。招標單位希望節省更多的工程投資，同樣投標單位希望獲得工程合同以及相應的效益，這種投資方和承建方之間的矛盾越來越突出。同時隨著更多投標競爭單位的不斷的加入，市場競爭越演越激烈，最終出現了高運作費用下的低價中標現象。再次現象中，中標單位為了維持應有的利潤，不斷的降低系統的配置，造成產品質量低下為后期的系統運行帶來了種種隱患。最后投標單位雖然投資額降低了，可是并沒有實現物美價廉；同樣，中標方也因為質量問題造成回款難度大，信譽降低的困境。為了很好地解決以行的矛盾，實現加以雙方的互惠合作，公司在多年的工程設計經驗的基礎上，提出了“以工程綜合成本為中心的控制系統”設計方案，有效的保證了雙方的互惠合作。
三 設計方案說明
在傳統的工程設計中，中標方一方面因為技術原因，另一方面因為認識的局限性和具體工作布置中缺乏統一的管理，造成我承接什么思考什么的局面。因而很難從相關專業的整體上進行方案的設計，造成了工程籌建投資和后期生產的綜合成本增加。
“以工程綜合成本為中心的控制系統”設計方案就是立足于承接項目，綜合審視工程全貌，以降低綜合成本為中心展開設計工作。在這種方案下，設計是充分考慮了選型、方案、制作、施工、后期使用等問題，以設計為中心，從多方面調整、協調從而達到降低綜合成本的目的。
四 實現
“以工程綜合成本為中心的控制系統”是通過在設計中充分考慮以下問題的基礎上實現雙方互惠的：
合理的進行項目的配置選型
根據工程中受控設備的生產工作的特點，設計相應的控制系統
采用更先進的控制方案
以設計來規范制作
1 合理的進行項目的配置選型
在工程現場，用戶往往希望通過提高系統的器件配置，來獲得好的生產保證。可是對于不同的工程現場及應用，盲目的提高器件配置，不一定能夠得到良好的生產保障，卻肯定地增加了工程的投資。
一個系統的穩定不僅僅取決于期間的檔次和質量，更取決有系統的設計方案、使用維護、安裝情況、調試質量等諸多的因素。
同時因為用戶自身因素，往往使得高配置并沒有起到高效能，甚至高配置下的高性能閑置不用，造成了選型浪費。
另外高配置往往也是是器件經銷商通過設計院所的業務選型，直接增加了投資。
因此在工程器件設計選型中，我公司主張適合工程應用為選用原則，并同時考慮器件選型的統一和技術的普遍性，而不盲目的追求高檔次高配置。
（1） 適合工程應用：
從高爐自動化涉及的電動設備來說，主要以電磁拖動為主的電機。如閥門電機、振動篩電機、皮帶電機。閥門電機因生產工藝原因，并不經常動作，往往一次動作后很長時間保持斷電狀態；振篩電機雖然為頻繁起動電機，可是他們的間歇周期長（幾分鐘甚至更多），動作時間短（一分鐘左右）；皮帶電機為常動電機，不存在頻繁啟動。同時他們又一個共同點就是容量小，啟動電流小，電磁沖擊小。因此這些電動設備對他們的電磁拖動器件的性能要求不高，按低壓電器國家認證的標準，采用國產中檔產品應經市最經濟也是可靠的方案。
以上電機占了高爐自動化生產的主要部分。在系統中也存在著個別特種電機，如料車電機（變頻）、探尺電機（直流）、布料器電機（變頻）、料流閥和傾角電機（伺服電機）。對于這些電機需要采用特殊的拖動原件。考慮到新型控制器件國內技術尚不夠完備、相同容量下進口和國產價格相當的因素，采用進口優質拖動器件，但電源仍采用國產器件。
（2）應用技術成熟
這主要正對高技術含量的器件選型，比如PLC、變頻器、直流調速、伺服控制器。在冶金行業，PLC以西門子產品為主，占據著市場80%的份額，同樣變頻器主要以施耐得、直流調速以西門子、伺服以日本山洋為主。考慮到器件應用廣泛、應用技術成熟，技術人員群體穩定，優先選用以上器件。
2 根據工程中受控設備的生產工作的特點，設計相應的控制系統
隨著工業自動化控制的普及，工程現場控制主要體現在PLC的自動生產控制和現場手動調試、檢修維修為主的方式。現場設備的生產效率主要通過自動控制系統的高效控制和快捷的設備維修檢修來保證。因此在控制系統設計中，充分考慮這一特點，從在自動控制程序和電氣設計兩方面著手，設計相適應的控制系統，在保證功能的基礎上降低綜合成本。
（1）自動化程序設計
在程序設計中，除了完成主要的生產控制功能，更主要的體現設備運轉率的保障功。因此在程序中設計良好的人機信息交流程序。在故障發生時，通過程序的自主分析診斷，為生產者提供盡可能詳細的故障信息，降低故障排查的時間，從而提高設備的運轉率降低生產成本。
（2）電氣控制回路設計
因為自動化系統的原因，系統電氣回路的復雜性主要體現在現場控制上。同時因為現場器件多且工況不好以及回路復雜，造成因為現場控制導入的故障成為生產過程中故障的主要部分。因此有效的簡化現場控制是降低成本和提高設備運轉率的有效途徑。
在設計中，我們采用以下方式簡化現場設備和控制回路：
A 按功能對設備進行編組統一就地控制
在生產設備中，往往是幾個設備共同組成一個功能組，協同完成同一個功能。在自動化為主體的連鎖控制中，這一特點顯得尤為突出。針對這一情況，在就地設計中把統一功能下的設備當作一個整體來處理，設計一個控制箱。
這樣做得好處是在不影響自動控制的基礎上能夠減少現場設備，減少施工的工時、施工的輔助材料的消耗。
能對控制電纜進行合并，減少電纜的使用和配管的數量。同時也使控制柜內電線電纜的數量降低一半，使控制柜整潔明了，便于維護。
B 對相鄰設備進行就地集中控制
同樣考慮到減少電氣設備的空間占用、減少電線電纜和施工消耗，對相鄰的設備在就地控制設計時盡量采用合并控制箱的方式。采用這一方法的時候應該在主令器件選型時從份考慮質量保證。
C 針對維護維修、調試的目的進行電路設計
因為在現在的自動化工業生產中，現場控制主要表現為設備的檢修、調試，而不是生產目的。因此在設計中，針對這一特點，圍繞保證設備的檢修、調試目的進行電氣設計，盡量的降低控制回路的復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，更好的保證設備的運轉；同時也減少相應的資金投入，如調試工時和后期維修工時。
D 采用不同型號的器件保證質量
以上的實現都離不開對控制用主令器件的高質量要求。這里的高質量要求不是指生產廠家，而是指器件的耐用性。
因為現場往往具有著高粉塵、雨淋、高振動等不利因素，因此設計盡量避免對環境要求高的器件。在自鎖開關上，設計采用LW5系列轉換開關，而不采用對震動、對環境要求高的按鈕開關或是旋鈕開關。當然，也可以通過設計防塵箱體來實現。
3 采用更先進的控制方案
以上所說雖然能夠在一定程度上降低電線電纜的投入、安裝調試和后期維護的投入，可是畢竟還不能做到最大限度的降低綜合成本。我公司在總結工程設計的基礎上結合現場總線控制方式，設計了獨特的“仿現場總線方式&分布式I/O方式的自動化系統”。這一方案再不改變系統性能，不增加控制系統自身投資的前提下，大幅減少了電線電纜的消耗和安裝調試的投入，最大限度的降低了工程的綜合成本。
4 以設計規范制作
以上做法都是從方案角度出發的降低綜合成本的的，為了更好地從后期的維護通過降低維護難度提高生產效率，從制作規范目的出發在圖紙設計時，特別重視設備制作的設計。這些設計包括期間的排布設計、器件的接線圖設計、端子分布布局設計。
其中通過器件的接線圖設計，不僅可以規范制作接線，同時也因為規范化，為后期的維修提供了保障。
通過對端子的布局設計，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矩，布線層次分明，易于后期的電線電纜的工作開展。
五 總結
“以工程綜合成本為中心的控制系統”設計方案能夠為用戶提供低綜合成本的控制系統，為用戶在初期投資、早日投產達效、后期設備運轉率等方面綜合降低運轉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\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計、調試工作已達七年之久，自主設計多套高爐及相關系統的自動化及儀表控制系統，這些高爐包括：
序號 項目名稱 工程范圍 系統配置 項目負責
1 鞍鋼集團11#高爐粒化渣系統 粒化渣系統電氣儀表自動化設計及軟件編程 PLC:s7300
組態：WINCC5.0
變頻：安川110kw變頻
儀表：EJA、E+H 圖紙設計：劉志勇
編程：劉志勇
2 唐山灤縣安泰鋼鐵燒結 36平燒結自動化配料系統 組態：MCGS5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 圖紙設計：劉志勇
3 鞍山海城后英集團燒結 36平燒結自動化配料系統 西門子s7300組態：WINCC5.0
變頻：富士11kw變頻 圖紙設計：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 72平燒結自動化配料系統 西門子s7300組態：WINCC5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 施工：鄭宏、蔡慧
5 石家莊敬業集團豎爐 10豎爐自動化配料系統改造 組態：MCGS5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 圖紙設計：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 36平燒結自動化配料系統 組態：MCGS5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 圖紙設計：劉志勇
編程：劉志勇
施工：鄭宏
7 唐山豐潤天柱鋼鐵燒結 72平燒結自動化配料系統 組態：MCGS5.0
變頻：富士11kw變頻
儀表：GD65 圖紙設計：劉志勇
編程：劉志勇
施工：鄭宏
8 內蒙古赤峰遠聯燒結 72平燒結儀表 用戶指定 圖紙設計：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：WINCC6.0
變頻：施耐得315kw變頻
儀表成套 圖紙設計：劉志勇
編程：孟令科、于強
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爐 2座45噸轉爐電氣儀表自動化 西門子s7300組態：WINCC6.0
變頻：富士220kw變頻
儀表成套 圖紙設計：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 3座72平燒結儀表 儀表：E+H、唐山智德 圖紙設計：林月強
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 圖紙設計：林月強
施工：朱海城
13 唐山豐南友明鋼廠 2座35噸轉爐電氣儀表自動化 儀表：E+H、百特 圖紙設計：劉志勇
施工：王冀東
14 遷安眾和求團廠 1座10平豎爐儀表 儀表：E+H、百特 圖紙設計：林月強
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 圖紙設計：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 圖紙設計：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 圖紙設計：王冀東
施工：白賀英、侯海軍、郭齊
18 包頭吉鑫鋼鐵公司 50T轉爐儀表工程 儀表：E+H、百特 圖紙設計：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：WINCC6.0
變頻：施耐得400kw變頻
儀表成套 圖紙設計：劉志勇
同時我公司為完善技術體系，編寫了高爐自動化方案、轉爐自動化方案、皮帶秤配料方案、皮帶秤調試總結、“仿現場總線方式&分布式I/O方式的高爐自動化系統”方案、伺服電機控制、變頻調速等技術資料，以服務于用戶的技術培訓和后期技術管理。
唐山市金佰方自動化設備有限公司
劉志勇
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號