馬鋼第三煉鋼廠4#轉爐工程采用了當今世界上先進的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，即西門子公司的PCS7控制系統(tǒng)。其中儀控系統(tǒng)在馬鋼公司內(nèi)率先采用了在冶金行業(yè)還較少使用的Profibus-PA總線技術，徹底改變了傳統(tǒng)的測控模式，使整個儀控系統(tǒng)的技術檔次躋身于國際先進水平。

在其二級控制系統(tǒng)采用了西門子PCS7系列PLC，下掛Profibus-DP網(wǎng)，并通過DP/PA Link（鏈接器）將總線儀控設備接入工業(yè)控制網(wǎng)絡，真正實現(xiàn)了“集中管理，分散控制”的目的。同時全數(shù)字化通信模式的抗干擾能力強、測量控制精確度高，借助數(shù)字雙向傳輸?shù)奶攸c和先進的設備管理軟件，可實現(xiàn)參數(shù)遠程給定，采集豐富的儀表信息，有利設備故障診斷，改善管理狀況。過程控制級由二級計算機構成，通過工業(yè)以太網(wǎng)與基礎級PLC相連，并依靠控制模型和數(shù)據(jù)庫對一級控制系統(tǒng)實施指導、管理和跟蹤。該系統(tǒng)將儀控、電控合為一體，它是具有工廠集成化概念的開放型的工業(yè)控制系統(tǒng)。

一 系統(tǒng)組成

基礎級采用一套PCS7 PLC作為鑄機的控制器，其CPU類型是AS416-2DP，并帶有通信功能，可與擴展單元的IM-153、IM-157通信卡以及變頻器通過Profibus-DP控制網(wǎng)相聯(lián)，其中擴展單元采用ET-200M和鏈接器作為子站。控制軟件為STEP 7，并集成西門子過程設備管理軟件PDM。控制級采用西門子工控機作為監(jiān)控站，與PLC通過快速工業(yè)以太網(wǎng)（基于TCP/IP協(xié)議）連接，系統(tǒng)運行西門子公司基于Windows 2000的PCS7全集成軟件。

1. 硬件構成

圖1僅給出了系統(tǒng)與儀表相關的配置。

其中PC1為上位機監(jiān)控站，ET200為電控系統(tǒng)的遠程站。鏈接器為PCS7的從站之一，同時又是現(xiàn)場總線儀控設備的PA主站，由網(wǎng)絡部件耦合器（Coupler）實現(xiàn)所有Profibus-PA總線現(xiàn)場儀表與DP總線的鏈接，在傳輸更多檢測、控制信息的同時亦可獲取總線設備自診斷信息。整個控制系統(tǒng)中，儀控系統(tǒng)除了和電控公用的操作站以及相應的一次檢測元件外，僅有一個現(xiàn)場控制箱。

2. 軟件配置

操作站軟件為PCS7軟件，網(wǎng)絡平臺為Windows 2000，PCS7自帶數(shù)據(jù)庫，并提供監(jiān)控畫面和PLC組態(tài)工具。PCS7內(nèi)含組態(tài)軟件為STEP7及西門子過程設備管理軟件PDM。

操作站主要是在用戶和所有系統(tǒng)功能之間提供一個人機界面，各類人員可通過操作站訪問各自權限范圍內(nèi)的系統(tǒng)資源。例如：通過操作員可以調(diào)出過程顯示畫面，觀察到過程回路的參數(shù)、狀態(tài)、趨勢和報警情況，實現(xiàn)對過程回路的操作和參數(shù)的調(diào)整。過程工程師可以組態(tài)過程和顯示畫面和過程控制數(shù)據(jù)庫，進行其他各種組態(tài)工作。軟件工程師可以進入軟件開發(fā)環(huán)境，編寫、調(diào)試和執(zhí)行用戶的應用程序。

系統(tǒng)維護人員可觀察到系統(tǒng)各個設備的工作狀況，并對這些設備進行診斷操作。

二 系統(tǒng)功能

4#轉爐系統(tǒng)工程所有設備的電氣傳動和儀表控制全部采用集中控制、集中監(jiān)視的方式，實現(xiàn)以PLC為中心的基礎自動化控制。

1. 生產(chǎn)流程分布

（1）主原料系統(tǒng)

鐵水倒罐站；廢鋼供應。

（2）副原料系統(tǒng)

熔劑上料（1#皮帶機～5#皮帶機）；熔劑加料（4#轉爐本體）。

（3）鐵合金系統(tǒng)

轉爐鐵合金供應、加料。

（4）4#轉爐及輔助設施

轉爐本體；底吹系統(tǒng)；頂吹氧氣和濺渣護爐；轉爐和氧槍冷卻水；活動煙罩與爐口煙道之間的水封；活動煙罩、氧槍口、加料口的冷卻水；氮封系統(tǒng)；爐下車輛。

（5）4#吹氬站

合金加料；頂吹氧氣、氬氣；底吹氬氣。

2. 頂吹信號顯示與自動調(diào)控

a. 信號顯示與調(diào)控

氧氣總管調(diào)壓閥閥前（氣源）壓力指示、記錄；氧氣緊急切斷閥開/關狀態(tài)指示與聯(lián)鎖；氧氣總管調(diào)壓閥閥后壓力指示、記錄、調(diào)節(jié)；氧氣總管壓力調(diào)節(jié)閥閥位顯示；氧氣支管流量指示、記錄、調(diào)節(jié)、補正計算；氧氣支管流量調(diào)節(jié)閥閥位顯示；氧氣支管切斷閥閥后（吹氧管入口）壓力指示、記錄；氧氣支管切斷閥閥位顯示；累計一爐鋼水用氧量：4000Nm3/爐；累計一爐吹氧時間。

b. 報警及聯(lián)鎖

氧氣氣源壓力低限值報警；氧氣氣源壓力低-低值（LL）報警及聯(lián)鎖控制（與氧槍升降裝置聯(lián)鎖）；氧氣支管入口壓力低限報警；氧氣支管入口壓力低-低值報警及聯(lián)鎖（與氧槍升降裝置聯(lián)鎖）；氧氣支管流量低限報警；氧氣支管流量低-低值報警及聯(lián)鎖；快速提槍并關閉支管切斷閥。

3. 底吹信號顯示與自動調(diào)控

底吹信號顯示、自動調(diào)控、報警及聯(lián)鎖，與頂吹基本相同。

4. 過程現(xiàn)場總線配置

儀控系統(tǒng)全部通過Profibus-PA現(xiàn)場總線方式完成檢測與控制。

雖然耦合器可直接掛在DP網(wǎng)上，但要占用一個DP地址，且無法擴充，而每個鏈接器可擴充5個耦合器，并且在非防爆區(qū)每個最多可掛接30臺非防爆現(xiàn)場總線儀表，所以在平衡經(jīng)濟性和系統(tǒng)可擴充性的前提下，采用了一個鏈接器配幾個耦合器的硬件配置模式。整個系統(tǒng)采用了Profibus-PA總線線型拓撲結構，在這種模式下，PA總線上的智能總線儀表的地址編號將不受DP地址編號的限制，可以在相應的耦合器下任意編址，有利于總線設備的擴充和維護。

三 系統(tǒng)特點

由于采用了Profibus-PA現(xiàn)場總線技術，所以全部檢測與控制儀表均采用了全數(shù)字化通信的智能儀表，從而極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（1）可靠性高

在整個轉爐上下平臺之間，網(wǎng)絡線取代了所有常規(guī)控制儀表使用的控制電纜，而且所有測控元件均以并聯(lián)方式掛接在一根網(wǎng)絡線上，并以數(shù)字通信方式與上位計算機交換檢測與控制數(shù)據(jù)，同時測控元件內(nèi)部的故障自診斷功能，可將設備隱患信息在發(fā)生故障前預報給上位機，提醒工程人員及時進行排除，確保生產(chǎn)安全順暢。

（2）精確度高

由于采用數(shù)字通信方式，所以實際的采樣精確度和控制精確度均非模擬信 號可比，技術水平完全進入了另一個全新領域，為生產(chǎn)工程師提供了準確的生產(chǎn)參數(shù)，有利于優(yōu)化產(chǎn)品，控制生產(chǎn)成本和節(jié)能、降耗。

（3）系統(tǒng)擴展靈活

PA通信網(wǎng)絡的節(jié)點就是測控元件，所以任意節(jié)點的增加或刪除都不會影響網(wǎng)絡的整體性能。通過在DP網(wǎng)線上增減若干鏈接器，就可增加或刪除若干組PA網(wǎng)絡，每組PA可擴展30個測控元件，便于系統(tǒng)擴容和工藝流程的優(yōu)化。PA網(wǎng)絡可分布在工廠的任何位置，這樣，與分散在各地的各種設備連接更為簡單。

（4）降低工程造價和工程量

在轉爐上下平臺之間測點分散且各自相對集中，若采用常規(guī)計算機控制方案，不但布線復雜、橋架林立，而且故障排除時間長，不利于自動控制過程的快速恢復。采用Profibus-PA現(xiàn)場總線技術，將極大地節(jié)省電纜、橋架的材料費和基建安裝量，同時也取消了控制站上輸入/輸出組件，節(jié)省了機柜，減小了控制室的面積。

四 結束語

馬鋼第三煉鋼廠4#轉爐控制系統(tǒng)在實現(xiàn)“三電一體化”的基礎上，成功地將Profibus總線技術應用于生產(chǎn)全過程，提高了系統(tǒng)的控制水平和可靠性，同時降低了運行成本。與常規(guī)系統(tǒng)相比，僅儀控系統(tǒng)就比原概算節(jié)省30%的投資。另外，內(nèi)嵌的過程設備管理軟件PDM，減少了所需其他軟件的種類，也降低了相關軟件費用。尤為重要的是，由于現(xiàn)場總線儀表具有自診斷功能，因此，可以預先診斷和維護在線設備，提前排除故障、減少停機時間，提高了生產(chǎn)的安全性，同時大大降低了系統(tǒng)運行、維護費用，為整個高效連鑄機的安全順產(chǎn)提供了重要的技術保障。

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