在現在的高爐自動化控制中往往采用分布式I/O結構。這種方案存在著現場布線多,施工量大,調試周期長的特點,鑒于高爐自動化的設備特點,采用“仿現場總線控制&分布式I/O結構”組建系統控制方案,更適合高爐自動化的控制。這也是我公司“以工程綜合成本為中心”的設計理念的體現。
一:仿現場總線控制概念
在系統中,對于高爐本體儀表和爐定設備采用傳統的布式I/O結構,對于熱風爐、煤氣凈化(布袋)系統、框槽配料系統采用仿現場總線方式。在這樣方式下把以上三個系統根據系統中的單體進行現場小型PLC控制和電氣控制,由現場的PLC完成單體功能控制和電氣操作,而由上一級PLC實現生產過程工藝協作控制。現場PLC子系統和上一級PLC通過通訊進行連接。
從實際意義上說,該系統不是完全的現場總線方式,而是借鑒了現場總線的現場智能控制的理念,因此稱為仿現場總線控制。
二:方案的提出基礎和可靠性分析:
這一方式的提出示在現場設備得特點的基礎上提出來的。我們知道高爐自動化主要有高爐本體儀表、爐定設備、框槽配料、布袋、熱風爐等系統組成。在以上系統中,從設備功能和分布角度,可以分成兩大類:
1:適合分布式I/O結構的設備
第一類就是由眾多單一功能元件或裝置組成的系統。如高爐本體儀表系統和爐定設備系統都屬于第一類。這一類具有這設備分散功能單一且各不相同的特點。同時這些設備中都有著復雜的控制系統,不適合控制系統和現場設備就近安放的特點。
對于這些上述設備,仍然采用分布式I/O結構。
2:適合仿現場總線結構的設備
第二類是由綜合功能設備組成的系統。這一系統都具有著有諸多功能相同的設備組成。他們統一在高爐生產的總體框架下,同時他們又相對獨立,每個分單元都是個完整的小系統。如框槽配料、煤氣凈化(布袋)、熱風爐。這些設備適合采用仿現場總線控制方式。下面是詳細地說明:
2.1熱風爐系統:
高爐熱風爐系統主要有若干(一般3~4)個熱風爐單體和助燃風設備、公共閥門組成,實現高爐的熱風供給。在熱風爐系統中,每個單體都有相同的設備構成,每個熱風爐都是完整獨立的功能單元,都能夠實現燒爐、送風的任務;同時他們又統一在熱風爐生產的工藝之下,共同配合完成高爐的熱風供給工作。另外從設備配置上各個熱風爐無論是儀表還是電氣設備配置相同;
2.2煤氣凈化(布袋)系統:
該系統有若干布袋和總管設備組成,完成高爐煤氣的凈化以及往熱風爐供應干凈的煤氣。其中組成中的各個布袋單體都是個完整獨立的功能單元,有相同的設備構成,都能夠實現凈化、反吹、出灰、送氣的任務;同時又都統一在布袋系統對高爐煤氣凈化、往熱風爐送干凈煤氣的生產工藝之下。
2.3框槽配料系統:
這一系統由輸料皮帶組、液壓站、供料設備組組成,實現高爐配料供料的功能。其中供料設備組由料倉、下料給料機、下料振篩、計量倉、下料液壓閘門除塵閥門構成,完成獨立的物料篩分、計量任務、供料功能、工程除塵。并統一在高爐配料制度之下協調工作,共同完成高爐供料的生產任務。
正是因為以上三個系統的這些特點,為三系統的仿現場總線的控制方式提供了應用前提。從而和高爐本體儀表、爐定設備的控制系統共同構成了“高爐仿現場總線控制加分布式I/O結構的自動化控制系統”。
3:系統的硬件實現
系統總的自動化配置結構仍然保留現有的結構,采用三個CPU,分被控制高爐本體、高爐供料、熱風布袋系統。同時對于每個系統針對實際情況,采用完全分布式I/O結構和現場總線加分布式I/O結構。其中高爐本體采用分布式I/O結構、高爐供料中的爐定設備控制部分(含液壓站)采用分布式I/O結構、高爐供料中的框槽配料部分采用現場總線方式、熱風爐和布袋采用仿現場總線方式。具體配置如下:
3.1框槽配料:
和爐定設備共用一個主站CUP,并按照倉組數量設置相應的S7200PLC子站。各個子站通過通訊和主站CPU進行通訊實現數據交換。
主站功能:
完成各個倉組的計量設置、配料指令發布
子站功能:
各子站中實現:振料、計量、下料、除塵的功能;同時接受主站的控制指令:計量相關設置值、協同配料指令,同時做出相應的應答。各子站分別設置獨立的控制箱,箱內集成PLC控制系統、低壓控制系統、儀表計量系統。各控制箱放置在現場。同時皮帶組單獨作個子站。
該系統共有如下S7200 子站:
振料子系統 11套(現場采用14個計量倉)
皮帶輸料系統: 1 套
3.2煤氣凈化(布袋)系統:
和熱風爐系統使用同一個主站CPU,并設布袋單體S7200PLC子站、公共閥門S7200系統、出灰系統S7200子站。子站間通過通訊和主站CPU進行數據交換。
主站功能:
僅完成根據生產工藝的指令發布工作如:完成工藝參數的設置發布、布袋協作指令發布(如箱體間的送氣切換)、各布袋分項功能指令發布(如反吹、卸灰)、公共閥門的送氣功能指令發布、出灰系統設備的工作指令。
子站功能:
各個單體PLC系統獨立的完成布袋箱體的凈化、送氣、反吹、出灰功能。各個子系統根據主站的指令做出應答,完成具體的控制。各子站分別設置獨立的控制箱,箱內集成PLC控制系統、低壓控制系統、儀表計量系統。各控制箱放置在現場。
該系統共有如下S7200 子站:
布袋箱體子系統 10套(現場采用10個布袋箱體)
公共閥門子系統 1套
出灰子系統 1套
3.3熱風系統:
和煤氣凈化系統使用同一個主站CPU,并設熱風爐單體PLC系統、公共閥門系統、助燃風、液壓系統子站。子站間通過通訊和主站CPU進行數據交換。
主站功能:
僅完成根據生產工藝的指令發布工作如:完成工藝參數的設置發布、熱風爐協作指令發布(如送風切換)、各熱風爐分項功能指令發布(如燒爐、悶爐、吹掃)、助燃風機啟動切換、液壓系統的起挺切換。
子站功能:
各個單體PLC系統獨立的完成布袋箱體的凈化、送氣、反吹、出灰功能。各個子系統根據主站的指令做出應答,完成具體的控制。各子站分別設置獨立的控制箱,箱內集成PLC控制系統、低壓控制系統、儀表計量系統。各控制箱放置在現場。
該系統共有如下S7200 子站:
熱風爐單體子站 4套(4個熱風爐)
助燃風子站 1套
液壓站子站 1套
3.4系統的網絡結構
系統的網絡結構如下圖所示。其中圖1為總的系統網絡結構,圖2為分系統網絡結構。