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燒結(jié)礦是煉鐵高爐的主要原料，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如堿度、焦比、燒結(jié)礦含鐵量波動(dòng)直接影響高爐煉鐵的質(zhì)量和產(chǎn)量。燒結(jié)生產(chǎn)主要是借助于正確的配料、燒結(jié)溫度控制和透氣性以及控制燒過(guò)程和改善操作等工藝措施來(lái)保證燒結(jié)礦的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，這些工藝措施都需要燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化來(lái)控制。   
    近年來(lái)，根據(jù)安鋼“ 三步走”總體規(guī)劃的要求，為滿足2200 m3和2800 m3 煉鐵高爐的需求，配套建設(shè)360m２ 和400m２ 燒結(jié)機(jī)工程，為高爐煉鐵提供優(yōu)質(zhì)、高效的燒結(jié)礦。其自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和Quantum PLC 系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)流程的過(guò)程控制、過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)視。
    設(shè)計(jì)思想
    系統(tǒng)以基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程分級(jí)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。整個(gè)系統(tǒng)分為三級(jí)控制。第一級(jí): 檢測(cè)驅(qū)動(dòng)級(jí), 調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)儀表。第二級(jí): 設(shè)備級(jí), 人機(jī)接口HMI、PLC 系統(tǒng)。第三級(jí): 過(guò)程級(jí), 原料計(jì)算及其它。
    主工藝線的電控設(shè)備、儀表設(shè)備與計(jì)算機(jī)設(shè)備構(gòu)成統(tǒng)一的信息集中、控制分散的三電一體化系統(tǒng)。采用分級(jí)控制，除設(shè)備控制級(jí)外，還設(shè)有過(guò)程控制級(jí), 建立生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)記錄，為提高生產(chǎn)工藝技術(shù)創(chuàng)造條件；整個(gè)三電系統(tǒng)以全自動(dòng)操作作為重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)上充分考慮半自動(dòng)、手動(dòng)等各種后備手段以保證各種情況下生產(chǎn)的正常進(jìn)行;基礎(chǔ)自動(dòng)化采用全PLC 方案，速度快; 可實(shí)現(xiàn)一混、二混滾筒自動(dòng)加水控制、配料配比自動(dòng)控制等重要環(huán)節(jié)。在顯示畫面方面做成易懂、易操作和易解釋的畫面，使看不見(jiàn)的料層燒結(jié)過(guò)程成為可視化過(guò)程，為操作員有效操作燒結(jié)過(guò)程創(chuàng)造有利條件。
    實(shí)用的操作界面，能提供數(shù)據(jù)參數(shù)顯示、歷史記錄、故障診斷、故障報(bào)警、故障記錄等功能。順序啟動(dòng)可靠，在某工序生產(chǎn)設(shè)備故障時(shí)，能夠及時(shí)急停，避免大的系統(tǒng)事故。
    通訊控制方式
    鑒于系統(tǒng)點(diǎn)多、面廣、數(shù)據(jù)通訊距離長(zhǎng)（最遠(yuǎn)距離1200 m 左右）。通訊控制方式分為三層：現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、環(huán)網(wǎng)傳輸級(jí)、管理級(jí)。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將各個(gè)分系統(tǒng)連接為一個(gè)有效整體。
    現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)
    由某電氣公司的Quantum 系列和Premium 系列產(chǎn)品組成。根據(jù)PLC 站點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的電氣設(shè)備就近配置的原則，系統(tǒng)共設(shè)7 個(gè)PLC 站點(diǎn)：配料儀表控制站（配料配電室）、配料電氣控制站（燃料配電室）、燒結(jié)儀表控制站（主控樓電子設(shè)備室）、燒冷、成品篩分控制站（燒結(jié)低壓配電室）、主抽風(fēng)PLC 控制站（主抽控制室）、配料稱重站、燒結(jié)稱重站。
    各主站與對(duì)應(yīng)分站的連接采用RIO( 遠(yuǎn)程I/O) 技術(shù)。構(gòu)成3個(gè)I/O 擴(kuò)展站：配料I/O 擴(kuò)展控制站、混合I/O 擴(kuò)展控制站、篩分I/O 擴(kuò)展控制站。
    變頻器通過(guò)DIO（Modbus Plus 通訊協(xié)議）應(yīng)用單纜雙絞線實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上控制；RIO 用于系統(tǒng)的擴(kuò)展，物理上應(yīng)用RG-6 同軸電纜實(shí)現(xiàn)雙纜冗余連接，形成RIO網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
    系統(tǒng)各站點(diǎn)間的連接應(yīng)用工業(yè)以態(tài)網(wǎng)TCP/IP 通訊協(xié)議， 在物理上采用單環(huán)光纜結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，網(wǎng)絡(luò)速度為1.544 MB/s，并在每個(gè)主站上都配置了以太網(wǎng)接口。一方面它將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備的匯總信號(hào)上傳到管理網(wǎng)絡(luò)，作為自動(dòng)化的元素。另一方面，它將管理級(jí)向下發(fā)送的各種命令，及時(shí)準(zhǔn)確地傳送到相應(yīng)的工作崗位。同時(shí)此模塊作為連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與管理設(shè)備的關(guān)鍵備件，具有快速熱插拔，可與Internet 拔號(hào)連入遠(yuǎn)程控制（RAS）的特點(diǎn)，并可通過(guò)軟件靈活配置各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的特點(diǎn)。
    環(huán)網(wǎng)傳輸級(jí)
    采用單環(huán)網(wǎng)技術(shù)，光纖從第一臺(tái)交換機(jī)出發(fā)，最后返回第一臺(tái)交換機(jī)，在網(wǎng)絡(luò)路徑上形成閉合，并保證網(wǎng)絡(luò)傳輸速度為100MB/s。正常情況下，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)由于由于某種原因發(fā)生故障，此時(shí)環(huán)網(wǎng)自動(dòng)斷裂，形成線性網(wǎng)絡(luò)，它依然能夠保證網(wǎng)絡(luò)的所有特性，不影響任何工作，直到網(wǎng)絡(luò)修復(fù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)后，它還支持熱愈合，可無(wú)級(jí)恢復(fù)故障。
    本方案選擇了7 個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，組成單環(huán)網(wǎng)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠。
    人機(jī)接口與PLC 之間及PLC相互之間聯(lián)成光纖（多模）單環(huán)網(wǎng)，通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)把燒結(jié)系統(tǒng)的工藝參數(shù)設(shè)定值和對(duì)電氣設(shè)備的操作從人機(jī)接口傳送到各PLC，把各設(shè)備的狀態(tài)和工藝、電氣參數(shù)及故障由PLC 收集送到人機(jī)接口的CRT（或LED）顯示。管理級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)（ 服務(wù)器和工程師站）集中設(shè)置在電氣樓中央控制室。上位機(jī)通過(guò)上位監(jiān)視畫面（HMI）實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，上位機(jī)之間互相冗余。工程師站配備一臺(tái)上位機(jī)和兩臺(tái)服務(wù)器，可對(duì)全廠畫面管理和修改；也可對(duì)下位程序編輯、改動(dòng)；還可對(duì)下位程序上傳和下載。
    系統(tǒng)的配置
    系統(tǒng)選用Quantum 系列和Premiun 系列PLC 可編程控制器實(shí)現(xiàn)所有信號(hào)的采集、運(yùn)算、控制，其特點(diǎn)是：便于系統(tǒng)集成和自動(dòng)化程度的提高，同時(shí)系統(tǒng)具有較高可靠性。 
    主要硬件配置
    電源模塊：140 CPS 12420 ； 處理器模塊：140 CPU 53414B ；遠(yuǎn)程I/O 處理器模板：140CRP93200 ；以太網(wǎng)連接模板：140NOE77101 ；熱電偶輸入模板：140 ATI 030 00 ；模擬量輸入模板：140 ACI 030 00 和140 ARI 03010 ；模擬量輸出模板：140 ACO 020 00 ；數(shù)字量輸入模板：140 DAI 753 00；數(shù)字量輸出模板：140 DRA 840 00。
     上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)硬件配置：選用DICM 工控機(jī)DCS400F/800。服務(wù)器為 HPML370 G5。
    軟件配置
    上位監(jiān)控軟件：CITECT6.1軟件，是運(yùn)行于WinXP 操作平臺(tái)上的真正的32 位應(yīng)用程序，使用其內(nèi)建的強(qiáng)大且實(shí)用的各種功能、經(jīng)過(guò)開發(fā)人員的豐富的想象和精心制作，使最終的用戶程序十分貼切地滿足應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)上位機(jī)系統(tǒng)的各種監(jiān)視、控制和管理方面的實(shí)際要求，并在顯示、控制及通訊的速度、實(shí)時(shí)性和兼容性等方面都有優(yōu)秀的表現(xiàn)。
    編程軟件：采用Concept 2.6，是Schneider Automation 開發(fā)的新型程序開發(fā)軟件。Concept 依據(jù)國(guó)際IEC 1131 標(biāo)準(zhǔn)中的所有五種編程語(yǔ)言〔梯形圖（LD）、順序功能流程圖（SFC）、功能塊圖（FBD）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）、指令表（IL）〕，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要來(lái)靈活選擇最佳的方案。
    結(jié)束語(yǔ)
    近年來(lái)，安鋼相繼建成了360m２燒結(jié)機(jī)工程和400m２燒結(jié)機(jī)工程，信息集成和自動(dòng)化程度的提高的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：提高生產(chǎn)率，減少崗位人員；根據(jù)高爐要求，保證燒結(jié)礦的質(zhì)量；節(jié)能降耗；燒結(jié)過(guò)程穩(wěn)定和具有良好的復(fù)現(xiàn)性；由于設(shè)立維護(hù)診斷系統(tǒng)，而使工廠利用率達(dá)到最大化；完滿的數(shù)據(jù)記錄有利于改進(jìn)操作；使自動(dòng)配料成為現(xiàn)實(shí)；使400m２燒結(jié)機(jī)擁有了國(guó)際先進(jìn)水平的現(xiàn)代化控制系統(tǒng)；促進(jìn)生產(chǎn)運(yùn)行更加暢通，降低了設(shè)備故障率，設(shè)備作業(yè)率達(dá)到了99%，為燒結(jié)配料現(xiàn)代化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

作者：馬永明

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