1、硬件配置 宣鋼9#高爐噴煤控制系統(tǒng)硬件采用德國西門子的PCS7系統(tǒng)，系統(tǒng)為冗余控制系統(tǒng)，支持熱插拔。當(dāng)主CPU由于故障停機時，從CPU無條件的切換成主CPU，對生產(chǎn)不會造成任何影響?？刂葡到y(tǒng)電源采用PS407 10A，CPU采用CPU 414-4H，通信處理器模塊為CP443-1，I/O通信模件為ET200，使用I/O模件完成數(shù)據(jù)采集及設(shè)備控制。 操作員站選用西門子工控機2套，操作員站和CPU之間采用10MB的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，組成以TCP/IP協(xié)議為通訊基礎(chǔ)的工業(yè)控制以太網(wǎng)，滿足過程監(jiān)視、控制及管理自動化的要求。 噴煤PCS7系統(tǒng)硬件配置如圖1: 噴煤PCS7系統(tǒng)硬件配置圖1 1.2電源模板（PS407 10A） 電源模板（PS407 10A），用于對SIMATIC S7-400的供電，將AC或DC網(wǎng)絡(luò)電壓轉(zhuǎn)換為所需的5V DC或24V DC工作電壓，輸出電流為10A，電源模板安裝在機架最左面（從槽位1開始），根據(jù)配置，它們可占用槽1到槽3。 1.3中央處理器模板（CPU 414-4H） CPU414-4H適用于中等性能應(yīng)用范圍中有較高要求的場合，能滿足對程序規(guī)模和指令處理速度及復(fù)雜通信的更高要求，支持冗余，集成的Profibus-DP接口使它能夠作為主站，直接連到Profibus-DP現(xiàn)場總線；擴(kuò)展的存儲能力，256KBRAM分別用于程序和數(shù)據(jù)存儲；靈活的擴(kuò)展性，可連接多達(dá)131072個數(shù)字量或81932個模擬量的I/O；多點接口（MPI），用MPI最多能夠建立32個站的簡單網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸速率最大為12Mb/s。 1.4通信處理器模塊（CP443-1）： CP443-1是SIMATIC S7-400用于工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)的通信處理器，它有自己的微處理器，因而能減輕CPU的通信任務(wù)和進(jìn)一步擴(kuò)展連接，通過CP443-1，S7-400可以實現(xiàn)與編程設(shè)備、計算機、HMI設(shè)備的通信。 1.5 I/O通信模件為ET200 ET-200作為從站連接到Profibus-DP，適用于冗余系統(tǒng)。每個ET200后面帶有所需的數(shù)字量I/O模塊和模擬量I/O模塊。接收來看現(xiàn)場的信號，通過Profibus-DP總線連接到CPU，供CPU處理。 1.6I/O模件 本系統(tǒng)用的I/0模件均為300的卡件，僅此一項，就可節(jié)約費用上萬元。I/O模件用于接收現(xiàn)場的信號。主要有數(shù)字量輸入模件DI，數(shù)字量輸出模件DO，模擬量輸入模件AI，溫度處理模件RTD和TC。 1.7操作員站 2、軟件配置 高爐噴煤工控機上裝有Windows 2000英文版操作系統(tǒng)，組態(tài)軟件為西門子公司PCS76.0英文版。 它是集組態(tài)（包括硬件配置、控制策略、HIS即人機接口等組態(tài)）、工程調(diào)試和診斷功能為一體的工具軟件包。系統(tǒng)通過多屏圖形卡可以將最多四個過程監(jiān)視器連接在一起來 擴(kuò)展工作區(qū)，使得組態(tài)更為簡便。工程系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件可以根據(jù)過程對象的數(shù)量來擴(kuò)展，根據(jù)需要，其數(shù)量可以隨時使用 PowerPack 升級包來增加。在程序編制中，編程人員主要用了CFC編程，SFC編程。監(jiān)控軟件，主要應(yīng)用WinCC6.0。 2.1連續(xù)功能圖 CFC編程 CFC是一種用于圖形化組態(tài)連續(xù)自動化功能的工具。通過功能強大的自動布線 和集成報文組態(tài)，預(yù)定義的塊可以在 CFC 中定位、進(jìn)行參數(shù)化和互連。在生成一個新的CFC 時，可以根據(jù)圖名 生成一個順序組。所有安裝在順序圖中 的塊可以自動添加到該順序組。在編譯時可對順序進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)算法先確定最佳的塊順序，然后是組順序。 2.2順序功能圖SFC編程 SFC可用于圖形化組態(tài)批量生產(chǎn)的順序控制。每個 SFC 都具有用于控制和用于狀態(tài)信息的輸入及輸出。如果需要的 話，SFC 可直接在 CFC 中定位和互連。 只需簡單的操作，即可選擇所需的 CFC 塊連接，并連接到定序器的步或過渡點。符合標(biāo)準(zhǔn) ISA S88 的狀態(tài)管理允許每個 SFC 最多組態(tài)8個單獨的順序鏈，用于特殊操作，例如保持或放棄狀態(tài)、安全狀態(tài)或各種操作模式。對于 SFC 組態(tài)，提供有簡便的編輯功能，以及功能強大的測試和調(diào)試功能。 2.3工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件 工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC是一個集成的人機界面系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，它是在Windows環(huán)境下，面向?qū)ο蟮?2位工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件，適合任何自動化控制系統(tǒng)。該組態(tài)軟件集成了圖形技術(shù)、人機界面技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)等，使控制系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體專業(yè)的計算機語言，只需通過可視化的組態(tài)方式，就可完成監(jiān)控軟件設(shè)計，降低了監(jiān)控畫面開發(fā)難度。組態(tài)軟件擁有豐富的工具箱、圖形庫和操作向?qū)?，使開發(fā)人員避免了軟件設(shè)計中許多重復(fù)性開發(fā)工作，可提高效率，縮短開發(fā)周期，它已經(jīng)成為監(jiān)控系統(tǒng)主要軟件開發(fā)工具之一。 采用西門子Wincc6.0軟件設(shè)計監(jiān)視畫面，對操作界面漢化，進(jìn)行制煤、噴煤的主要操作及狀態(tài)顯示；能根據(jù)生產(chǎn)需要實現(xiàn)參數(shù)修改，包括故障報警顯示及查找等。上位機管理系統(tǒng)要完成對噴煤數(shù)據(jù)的管理工作，通過控制系統(tǒng)與上位機的雙向通訊。其優(yōu)點有：上位機在漢化的操作界面下管理著操作者的所有輸入，并以輸入內(nèi)容做出檢查，避免出錯，操作非常容易；避免操作人員直接與控制系統(tǒng)接觸，可防止因誤操作而破壞程序。 本系統(tǒng)主要有以下操作畫面： 原煤儲運系統(tǒng)工藝流程模擬畫面； 制煤系統(tǒng)工藝流程模擬畫面； 噴吹系統(tǒng)工藝流程模擬畫面； 加熱爐系統(tǒng)工藝流程模擬畫面； 噴煤系統(tǒng)工藝流程模擬畫面； 3噴煤工藝控制 3.1原煤儲運系統(tǒng) 配煤系統(tǒng)包括三臺圓盤給料機和三臺皮帶稱。圓盤給料機采用變頻器控制，通過控制變頻器的頻率，達(dá)到控制其轉(zhuǎn)速的目的，從而調(diào)節(jié)圓盤給料機下料量的多少，達(dá)到所需的重量和煤種之間配比的要求。 3.2制粉系統(tǒng) 制粉系統(tǒng)主要包括一臺中速磨機、粗粉分離器和布袋收粉器三部分。煤在中速磨中磨成煤粉，煤粉經(jīng)粗粉分離器被主抽風(fēng)機抽到布袋收粉器中，煤粉被收集到煤粉倉中。 制粉系統(tǒng)的主要控制有： 3.2.1磨煤機入/出口溫度控制 煤粉輸送氣體。由于熱風(fēng)爐廢氣溫度變化較大，因此用加熱爐產(chǎn)生高溫?zé)煔馀c熱風(fēng)爐廢氣混合，為磨煤機提供一定的干燥和溫度穩(wěn)定的氣體。磨煤機入口溫度可通過比值調(diào)節(jié)實現(xiàn)，即調(diào)節(jié)加熱爐產(chǎn)生高溫?zé)煔馀c熱風(fēng)爐廢氣的混合比值來控制入口溫度。在制粉系統(tǒng)中磨煤機出口粉溫度要比入口溫度重要，由于受磨煤機負(fù)荷及原煤干濕程度的影響，磨煤機出口風(fēng)粉溫度較難控制，因此可將磨煤機入口溫度控制作為副環(huán)，出口風(fēng)粉溫度作為主環(huán)構(gòu)成串級，這樣,減少了滯后，提高了抗干擾能力。 3.2.2中速磨機負(fù)荷控制 中粗磨機是整個制粉系統(tǒng)的核心部分，負(fù)荷自動控制就是在保證噴吹要求的前提下，使中速磨機在最經(jīng)濟(jì)的工況下運行。磨煤機負(fù)荷自動控制通常都是通過調(diào)節(jié)給煤機給煤量來實現(xiàn)，通過變頻器控制給煤皮帶的速度，從而控制給煤量。 3.2.3磨煤機前負(fù)壓控制 在使用中速磨制粉時，由于煤粉的細(xì)度與通風(fēng)量之間是比例關(guān)系，因此保持磨煤機的風(fēng)量不變，則煤粉的細(xì)度不變。保持磨煤機前負(fù)壓的穩(wěn)定，便能達(dá)到風(fēng)量穩(wěn)定的目的。實際上負(fù)壓控制就是煤粉細(xì)度的控制，同時也能防止煤粉外泄。 3.3 噴吹系統(tǒng) 噴吹系統(tǒng)主要是向高爐輸送煤粉，細(xì)煤粉利用自重從煤粉倉落到噴吹罐中，并用氮氣充壓。每座高爐都設(shè)計有兩個噴吹罐，當(dāng)一個噴吹罐裝滿煤粉并充壓到壓力設(shè)定值后，開始噴煤，噴空后，另一個裝滿煤粉的噴吹罐就與煤粉輸送管道接通，經(jīng)過短暫的過渡，噴空的操作罐開始卸壓、裝煤粉和再充壓。 為了保證噴吹量的穩(wěn)定，需保持噴吹罐內(nèi)壓力的穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)補壓調(diào)節(jié)閥的開度可保持罐壓在設(shè)定范圍之內(nèi)。補壓設(shè)定值與罐壓實測值比較運算后，通過罐壓調(diào)節(jié)畫面設(shè)定輸出補壓調(diào)節(jié)閥的開度。功能框圖見圖2。 　　在一定的噴吹壓力下穩(wěn)定流化氮氣量和壓縮空氣補氣量，改變輸煤阻力和固氣比。人工設(shè)定噴吹率設(shè)定值和罐壓，通過調(diào)節(jié)補氣調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)噴吹率，補氣調(diào)節(jié)閥根據(jù)采樣數(shù)據(jù)，將設(shè)定噴吹率與實際噴吹率相比較，當(dāng)設(shè)定值大于實際值時，閥位開大，反之，閥位開小。 閥門的控制分為自動和手動兩種方式，在自動方式時，根據(jù)自動倒罐的條件，自動順序開關(guān)相應(yīng)閥門。手動方式又分為單動和聯(lián)動兩種方式，根據(jù)工藝要求，單個控制閥門的開、關(guān)不受其他條件的限制；在聯(lián)動方式下，需在滿足聯(lián)鎖保護(hù)條件和閥門開關(guān)順序的情況下才能操作。 緊急停噴和閥門故障時均發(fā)出報警信號，提醒操作人員及時準(zhǔn)確定位處理。 3.4熱爐系統(tǒng) 該系統(tǒng)為制粉系統(tǒng)提供干燥原煤和輸送煤粉的干燥氣。干燥氣是熱風(fēng)爐廢氣與煙氣爐煙氣的混合氣體，主要采用熱風(fēng)爐廢氣，不足熱量由煙氣爐煙氣補充。為了保證磨煤系統(tǒng)所需的一定溫度及流量的一次混合干燥氣，必須實現(xiàn)干燥氣流量和溫度的動態(tài)調(diào)節(jié)，使出口溫度處于規(guī)定值內(nèi)，并通過磨煤機出口溫度變化情況進(jìn)一步控制和調(diào)節(jié)磨煤機入口的熱風(fēng)爐廢氣調(diào)節(jié)閥的開度。當(dāng)高爐煤氣壓力高于高定值或低于低定值時，系統(tǒng)自動關(guān)閉高爐煤氣切斷閥。冷空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)由操作人員根據(jù)中速磨所需熱風(fēng)的溫度的高低，通過計算機手動調(diào)節(jié)閥門開度來混兌冷空氣。 高爐噴煤控制系統(tǒng)的操作員站由兩臺西門子工控機組成，一臺用來顯示噴煤系統(tǒng)主畫面，另一臺用來顯示生產(chǎn)操作技術(shù)參數(shù)，兩臺互為熱備份。工控機具體配置為P4處理器，2.4GHz主頻，1G內(nèi)存，80GB硬盤，Windows 2000英文操作系統(tǒng)，19英寸SVMSUNG CRT。 3.5工業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 過程站、操作員站、工程師站通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)通訊，符合工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3,采用TCP/IP協(xié)議,32位數(shù)據(jù)總線,每秒100Mbit。傳輸介質(zhì)為光纖，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單環(huán)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)上任一處的斷裂，而不會影響網(wǎng)絡(luò)的通迅。我廠工程技術(shù)人員準(zhǔn)備改造網(wǎng)絡(luò)為光纖雙環(huán)網(wǎng)，這樣就使網(wǎng)絡(luò)的通迅更加的穩(wěn)定。 4、結(jié)束語 以上介紹了SIEMENS PCS7開放系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的構(gòu)成、宣鋼9＃高爐噴吹系統(tǒng)控制方案，在程序設(shè)計中始終貫徹安全第一的思想。該系統(tǒng)自投運以來，高爐在生產(chǎn)正常的情況下，相比同等類型的高爐，利用系數(shù)高出0.2左右，收到了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。另外，更重要的是，也說明自動化系統(tǒng)的初投資，能從生產(chǎn)中不斷取得經(jīng)濟(jì)效益，這是值得人們關(guān)注的問題。