摘要：本文詳細(xì)闡述了Industrial IT自動(dòng)控制系統(tǒng)在宣鋼六號(hào)高爐煉鐵生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，著重介紹了系統(tǒng)的硬件配置、網(wǎng)絡(luò)通訊及其實(shí)現(xiàn)功能。體現(xiàn)了該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、功能完善、性能穩(wěn)定可靠、控制精度高等特性，從而滿足生產(chǎn)需求。
關(guān)鍵字：ABB  AC800F   硬件  通訊   控制
1、 前言
      2008年6月，對(duì)宣鋼六號(hào)高爐進(jìn)行了大修。之前，自控系統(tǒng)均采用ABB公司Industrial IT  F2K系統(tǒng)，為了更好的滿足生產(chǎn)需求，現(xiàn)采用ABB　Industrial IT AC800F DCS 系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制穩(wěn)定、可靠、故障率低，將先進(jìn)控制思想、現(xiàn)代通訊技術(shù)和IT技術(shù)的最新發(fā)展集于一身。實(shí)踐證明，采用AC800F DCS 系統(tǒng)后，很好地實(shí)現(xiàn)了六爐槽下、爐頂、熱風(fēng)的自動(dòng)控制。
2、 系統(tǒng)介紹
    AC800F系統(tǒng)是ABB公司推出的具有世界領(lǐng)先水平的全能綜合型開放系統(tǒng)，融傳統(tǒng)的DCS和優(yōu)點(diǎn)于一體并支持多種國際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。即具備DCS復(fù)雜模擬回路調(diào)節(jié)能力、友好的人機(jī)界面（HMI），又具有與高檔PLC指標(biāo)相當(dāng)?shù)母咚龠壿嫼晚樞蚩刂菩阅?。系統(tǒng)既可連接常規(guī)I/O，又可連接RemoteI/O 及Prlfibus、FF、CAN、 Modbus等各種現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴(kuò)展性，無論是小型生產(chǎn)裝置的控制，還是超大規(guī)模的全廠一體化控制，甚至對(duì)于跨廠的管理控制應(yīng)用，Industrial IT都能應(yīng)付自如。該系統(tǒng)升級(jí)到V6.2及更高版本，系統(tǒng)容量可達(dá)到140800個(gè)I/O，今后如果系統(tǒng)需要擴(kuò)展，可直接在此基礎(chǔ)上增加I/O或現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，利于今后發(fā)展。  
       系統(tǒng)包括操作級(jí)與過程級(jí)，操作級(jí)包括傳統(tǒng)控制功能，如操作與監(jiān)視，歸檔與信息記錄，趨勢(shì)與報(bào)警，回路與邏輯控制功能等，為便于管理，所有功能都可在相應(yīng)過程站中執(zhí)行。做為過程級(jí)是由一個(gè)或幾個(gè)過程站組成，每個(gè)過程站由AC800F和擴(kuò)展單元I/O組成。過程站CPU可以配置為冗余也可為不冗余系統(tǒng)，系統(tǒng)具有各種I/O模件與現(xiàn)場(chǎng)各種類型過程信號(hào)相連接。系統(tǒng)提供了兩種工業(yè)總線，過程站總線用于Pfofibus DP通信；I/O總線用于現(xiàn)場(chǎng)I/O數(shù)據(jù)通信，具有較高的安全性和較強(qiáng)數(shù)據(jù)可靠性。DigiNet s 系統(tǒng)總線用于過程級(jí)和操作級(jí)，通信傳輸介質(zhì)可以選擇同軸電纜或光纜。
      該系統(tǒng)配備了多個(gè)過程站和多臺(tái)操作站：工程師站使用工控PC機(jī)作為工程師站，系統(tǒng)操作員站運(yùn)行在工業(yè)PC機(jī)上，全中文Digivis軟件包基于MS Windows IT 平臺(tái)，其圖形操作接口增強(qiáng)了系統(tǒng)的使用與操作，此外，還可能提高外部設(shè)備指標(biāo)如顯示器、打印機(jī)等使系統(tǒng)操作更方便。該控制系統(tǒng)在一臺(tái)PC機(jī)上完成操作與監(jiān)控，系統(tǒng)可擴(kuò)展至100個(gè)操作員站和100個(gè)過程控制站。
3、 自控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)連接
       此次大修，將硬件設(shè)備全部更新，在設(shè)備自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集、通訊上有了提高。自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件圖如下：

3.1工程師站ES
      當(dāng)把應(yīng)用軟件CBF安裝在計(jì)算機(jī)上，這臺(tái)計(jì)算機(jī)就成為工程師站，可用于自動(dòng)過程級(jí)控制的組態(tài)，還可以完成操作員級(jí)畫面、記錄與歸檔畫面的組態(tài)，還可進(jìn)行過程調(diào)試。系統(tǒng)編程軟件分為項(xiàng)目生成一個(gè)項(xiàng)目文件，雖然每個(gè)控制器均開辟一定空間作為數(shù)據(jù)變量存儲(chǔ)區(qū)，但在系統(tǒng)編程軟件上僅為一個(gè)全局系統(tǒng)變量表，操作員站與過程站之間的數(shù)據(jù)交換直接存取。變量的修改與檢查也是系統(tǒng)全局，系統(tǒng)的過程站與操作員站的組態(tài)為一套軟件。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫技術(shù)，即“分散存儲(chǔ)，全局管理”。
3.2過程控制站PS
      對(duì)過程設(shè)備的控制、運(yùn)算（加、減、乘、除及邏輯運(yùn)算）、監(jiān)控、趨勢(shì)采集的組態(tài)都在過程站下面組態(tài)完成，過程站的硬件設(shè)備包括AC800F和各種模件。
      根據(jù)工藝要求，整個(gè)控制系統(tǒng)由兩個(gè)過程站完成，槽下過程站和熱風(fēng)過程站。槽下過程站位于槽下，用于對(duì)槽下上料、爐頂上料的自動(dòng)控制，熱風(fēng)爐過程站，位于熱風(fēng)操作室，用于熱風(fēng)爐和高爐的各種溫度、壓力、流量等儀表信號(hào)的采集。兩個(gè)過程站均采用冗余AC800F控制器?，F(xiàn)場(chǎng)控制器AC800F下掛S800 I/O模件，之間的通訊采用Profibus DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。AC800F現(xiàn)場(chǎng)控制器的Profibus模件（FI830）與冗余連接模件 （RLM01） 經(jīng)Profibus DP線連接，再連接到CI840 模件，CI840是標(biāo)準(zhǔn)Profibus-DP/DPV1全冗余通信接口，CI840通過配套TU847底座實(shí)現(xiàn)冗余連接，保證了數(shù)據(jù)通訊的可靠性。下圖是AC800F現(xiàn)場(chǎng)控制器與S800 I/O站之間的連接圖。

3.3操作員站OS
      用于對(duì)各工藝過程及參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，顯示生產(chǎn)流程畫面，趨勢(shì)畫面，記錄，報(bào)警等的組態(tài)。槽下配有2臺(tái)工控機(jī)作為操作站,用于對(duì)槽下上料及爐頂上料的監(jiān)控。六爐主控室也有兩臺(tái)操作站，用于高爐自控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控及上料料單的設(shè)定等。在熱風(fēng)操作室，配有1臺(tái)工控機(jī)作為操作站，對(duì)四座熱風(fēng)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
3.4通訊網(wǎng)絡(luò)
      過程站、操作站、工程師站間的通訊通過DigiNet S實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信采用冗余光纖環(huán)網(wǎng)方式，遵循工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議。在各節(jié)點(diǎn)安裝兩個(gè)工業(yè)級(jí)光纖交換機(jī)，采用冗余方式，每一接點(diǎn)的交換機(jī)有故障時(shí)，均可自動(dòng)切換。光纖環(huán)網(wǎng)保證任一接點(diǎn)斷電，故障，任一段光纖中斷都不影響整個(gè)系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)了通訊接口完全冗余。
      這樣，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)間的的相互通迅，將過程站、工程師站、操作站及模件等各硬件設(shè)備連接起來構(gòu)成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)的通迅網(wǎng)絡(luò)。見下圖

4、 過程站實(shí)現(xiàn)功能
4.1槽下過程站
4.1.1槽下上料
      槽下過程站主要控制槽下上料，高爐本體上料及通訊。本次大修，槽下設(shè)備也進(jìn)行了相應(yīng)的改動(dòng)。稱斗由原來的5個(gè)增加為7個(gè)，1至4號(hào)稱斗各有兩個(gè)振動(dòng)篩，對(duì)應(yīng)4個(gè)給枓機(jī)，5至7號(hào)稱斗為一個(gè)振動(dòng)篩，每個(gè)稱斗對(duì)應(yīng)2個(gè)給料機(jī)。兩個(gè)焦斗，其中1號(hào)焦斗新增給料機(jī)。另外，參與自動(dòng)控制的設(shè)備還有中間斗，皮帶，返礦皮帶，主卷揚(yáng)，返焦。
      稱斗：稱斗對(duì)應(yīng)的給料機(jī)均為變頻控制。根據(jù)料單輸入的礦種、礦重，進(jìn)行篩料，同時(shí)，根據(jù)流量、零點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，并做出補(bǔ)償。
      焦斗：也是根據(jù)料單的重量及選擇情況，進(jìn)行篩料。
      皮帶：根據(jù)中間斗、翻板情況，自動(dòng)啟皮帶低速，5秒后高速運(yùn)行。
      中間斗：稱斗放料，經(jīng)主皮帶將入爐物料送至中間斗，再經(jīng)主卷揚(yáng)入爐。
      主卷揚(yáng)：根據(jù)裝料方法，判定焦、礦，開焦或中間斗料門，通過變頻控制啟動(dòng)主卷揚(yáng)，運(yùn)行過程中，根據(jù)時(shí)間進(jìn)行了高、中、低速的選擇。為保證主卷揚(yáng)正常運(yùn)行，兩個(gè)變頻器一用一備。
      返礦皮帶：當(dāng)稱斗空需要篩料或有振動(dòng)篩工作時(shí)，啟動(dòng)返礦皮帶。
      返焦：東、西兩返焦投自動(dòng)。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，在啟動(dòng)焦篩后，有啟一車或兩車的選擇。
      軟水的控制：對(duì)膨脹罐充壓閥、溢流閥進(jìn)行控制，還可放散閥還可調(diào)節(jié)。同時(shí)，對(duì)膨脹罐液位，壓力進(jìn)行監(jiān)控。
      槽下自控關(guān)鍵部分有料單的分解，處方的運(yùn)行，篩料時(shí)變頻的控制以及主卷揚(yáng)、焦炭的自動(dòng)控制。
       在料單的分解、運(yùn)行中及處方的運(yùn)行中，大量運(yùn)用了順序功能塊圖SFC和功能塊圖FBD，對(duì)料單進(jìn)行初始設(shè)定并對(duì)所送料單的裝序進(jìn)行判斷，對(duì)裝法中的焦、礦位置、個(gè)數(shù)進(jìn)行判定，為篩料、放料工作打下基礎(chǔ)。在畫面中，還增加了“程控”、“批加”、“批減”“處方加一”等按鈕，使手、自動(dòng)之間有正常的切換、校正。
      各稱斗的篩料用變頻器控制。每個(gè)稱斗對(duì)應(yīng)兩個(gè)料倉，為保證篩料的準(zhǔn)確，對(duì)稱斗的兩個(gè)料倉分開控制，分別用線性化塊根據(jù)重量進(jìn)行輸出控制，同時(shí)，還增加了操作工可自行調(diào)整的流量設(shè)定，為進(jìn)行最準(zhǔn)確的篩料打下了基礎(chǔ)。
      槽下主卷揚(yáng)的運(yùn)行極為關(guān)鍵。為保證下常運(yùn)行，在程序上進(jìn)行加工，增加了報(bào)警畫面。在控制中，除用信號(hào)進(jìn)行判定外，還用時(shí)間控制作為條件，起到了雙重保護(hù)的作用。
      在焦炭的控制中，還實(shí)現(xiàn)了焦斗自動(dòng)補(bǔ)償，在篩料過程中都會(huì)和上次進(jìn)行比較，將多篩或少篩部分以誤差的形式計(jì)算到下次篩料中，以達(dá)到“多篩減掉，少篩補(bǔ)齊”的效果。清焦誤差，雖然說，計(jì)算出焦炭誤差最終可以實(shí)現(xiàn)焦的自動(dòng)補(bǔ)償，但是，如果誤差值太大或太小，會(huì)影響到停篩值的計(jì)算，從而影響篩料的準(zhǔn)確性。所以，在一定 的時(shí)候還得對(duì)誤差進(jìn)行清零。在槽下操作畫面中，有一清焦誤差按鈕，下方有1＃和2＃焦斗的誤差值，點(diǎn)擊按鈕，即可清零。
4.1.2高爐本體上料
高爐爐頂采用串罐式無料鐘爐頂設(shè)備。
      爐頂工藝流程分兩部分，一部分是爐料從受料斗到料罐，另一部分是由料罐到高爐。爐料從受料斗到料罐，滿足放料條件后，開放散閥，放散閥開后延時(shí)6秒，開上密、開截料閥、關(guān)放散依次進(jìn)行，將受料斗中的爐料放入料罐。等受料斗的爐料全部進(jìn)入料罐，受料斗是否為空，可由兩個(gè)條件來辨定，一是截料閥開到極限位延時(shí)20秒，一是受料斗的重量，如果重量小于1.0t ，就為空。放空之后，關(guān)截料閥，關(guān)上密閥。此時(shí)第一部分流程結(jié)束，第二部分開始。從料罐到高爐，也是滿足相應(yīng)的放料條件后，提探尺，探尺提到零位后，開下密閥，轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)，開料流。此時(shí)爐料開如進(jìn)入高爐，料罐空放后，大開料流關(guān)均壓閥，料流大開一下，關(guān)料流，關(guān)下密，?；剞D(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)停，完成爐頂放料的一個(gè)循環(huán)。
      受料斗：接受從絞車送來的料，下口有一個(gè)截料閥。截料閥、上密、放散閥都在關(guān)位置，受料斗料不夠：絞車即可往上送料。料夠后，通過截料閥、上密實(shí)現(xiàn)向料罐裝料。
      料罐：貯存爐料，可容納一批礦或一批焦。在料罐上口安有上密封閥，可在料倉漏料入爐時(shí)，密封住爐內(nèi)煤氣。料倉下口有下密閥。料罐空，受料斗料夠：打開放散，打開上密封閥，打開截料閥，關(guān)放散，料入料罐。受料斗料空后，上密封閥和截料閥關(guān)閉，料倉均壓。當(dāng)探尺發(fā)出裝料入爐的信號(hào)時(shí)，打開下密封閥，同時(shí)給溜槽信號(hào)，使其由停機(jī)位置起動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
      探尺：探測(cè)爐內(nèi)料面深度。當(dāng)料面達(dá)到設(shè)定值，提探尺，允許料罐向爐內(nèi)放料。
      溜槽（傾動(dòng)）：它的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括行星減速機(jī)和氣密箱兩部份，傳動(dòng)系統(tǒng)要使溜槽能完成繞高爐中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和在垂直平面內(nèi)改變溜槽傾角運(yùn)動(dòng)。溜槽的傾角驅(qū)動(dòng)是由一臺(tái)交流伺服控制器完成的。為了對(duì)溜槽泊位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，設(shè)置有絕對(duì)角度編碼器。在溜槽傾角的兩個(gè)極限位置設(shè)有兩個(gè)位置傳感器（接近開關(guān)）作為安全自鎖和報(bào)警裝置。
      料流：是通過閥門角度（γ）的改變，調(diào)節(jié)向高爐布料的料流速度，用于和傾動(dòng)傾角（α）和旋轉(zhuǎn)（β）同步配合，達(dá)到符合要求的每層布料。
      回轉(zhuǎn)：通過變頻電機(jī)控制溜槽的旋轉(zhuǎn)速度，以達(dá)到工藝要求的溜槽在每一環(huán)上的圈數(shù)。
      高爐本體的自動(dòng)控制中，關(guān)鍵部分有：
      頂壓的調(diào)節(jié)
      在生產(chǎn)過程中，頂壓的調(diào)節(jié)優(yōu)為重要，因?yàn)樗绊憼t況，直接影響到產(chǎn)量、焦比等。自動(dòng)控制中，對(duì)調(diào)壓閥組閥門的關(guān)閉程度來調(diào)控爐頂?shù)膲毫?。通過頂壓的設(shè)定值SP與進(jìn)程值PV比較，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。為滿足生產(chǎn)，還對(duì)SP值進(jìn)行了加工，根據(jù)料罐料種的不同，以及料罐放料前后都做了調(diào)整。同時(shí)，根椐東、西頂壓的實(shí)際值給出PV值，增強(qiáng)了調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。
      料流、傾動(dòng)、回轉(zhuǎn)的控制
      料流、傾動(dòng)、回轉(zhuǎn)的控制，均采用編碼器，以實(shí)現(xiàn)反饋角度的計(jì)數(shù)。為增強(qiáng)找角的準(zhǔn)確性，可修改程序中的基數(shù)和變比。其中，在料流的反饋中，還將焦、礦分開。運(yùn)行過程中，如果對(duì)設(shè)定的角度找角有偏差時(shí)，可在線性化塊中調(diào)整輸出。
       爐頂電磁閥備用和現(xiàn)用之間可進(jìn)行切換，探尺的控制中，可單尺作業(yè)，也可雙尺。為方便操作，在畫面上增加按鈕，進(jìn)行選擇。
      回轉(zhuǎn)不轉(zhuǎn)報(bào)警輸出
      受料斗空及料罐空的信號(hào)監(jiān)控
4.2熱風(fēng)過程站
      熱風(fēng)過程站主要實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐自動(dòng)控制，主要包括四個(gè)熱風(fēng)爐的換爐與各調(diào)節(jié)閥的閥位開關(guān)顯示以及其它閥的開關(guān)和各閥極限位、各點(diǎn)溫度、壓力、流量等值的顯示。同時(shí)，還對(duì)高爐頂壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及高爐本體各儀表信號(hào)的采集，監(jiān)控。
4.2.1熱風(fēng)爐控制
      每座熱風(fēng)爐的狀態(tài)包括閉爐、燃燒、送風(fēng)三種，在畫面中每種狀態(tài)都用不同的顏色加以表示，每座熱風(fēng)爐上的各個(gè)閥的開關(guān)極限位也有不同的顏色顯示出來，而在開關(guān)轉(zhuǎn)換的過程中，其過程狀態(tài)則用另一種顏色表示。同時(shí)在畫面中各種儀表數(shù)據(jù)也都用數(shù)字值顯示出來。這種很直觀的顯示方式很能說明當(dāng)前的爐況，給操作工觀察及操作帶來極大的方便。
      在組畫面中各調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值以及過程值閥位反饋值等都可以顯示出來，而且它的過程值也可以通過設(shè)定來重新改變差值，使調(diào)節(jié)閥根據(jù)差值來自動(dòng)的開或者關(guān)。
       熱風(fēng)爐在高爐煉鐵中起著非常重要的作用，而熱風(fēng)爐的關(guān)鍵就在于它在燒爐、送風(fēng)等過程中的操作是否正確合理，這就關(guān)系到它的煤氣流量、空氣流量、燒嘴溫度、頂壓等控制是否達(dá)到要求，其中調(diào)節(jié)閥主要就是用來控制這些流量、溫度、壓力等的變化，所以它控制的成功與否直接與高爐的情況在著必聯(lián)系。在控制中，主要有對(duì)煤氣壓力、風(fēng)溫的調(diào)節(jié)，各熱風(fēng)爐助燃風(fēng)流量、煤氣流量、燒嘴溫度的調(diào)節(jié)，有自動(dòng)、手動(dòng)方式，滿足了工藝要求。同時(shí)，還對(duì)煤所流量和冷風(fēng)流量進(jìn)行了當(dāng)前累計(jì)和月累計(jì)。
      六號(hào)高爐中的四座熱風(fēng)爐的煤氣流量、空氣流量、頂壓、燒嘴溫度等模擬量均由PID調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)是這些參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定的保障。
       調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)控制原理是：由調(diào)節(jié)儀表給進(jìn)來的4――20MA模擬輸入信號(hào)接入過程站的模擬輸入（DAI05）模件，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后與計(jì)算機(jī)內(nèi)的調(diào)節(jié)閥閥位信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)差值輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)機(jī)械減速變換后驅(qū)動(dòng)閥門，輸出4――20MA模擬信號(hào)供系統(tǒng)顯示跟蹤控制，控制原理圖如下：

      實(shí)踐證明，基本上達(dá)到了要求，充分發(fā)揮出了方便、準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)作用。從而使熱風(fēng)爐在高爐供熱風(fēng)的過程當(dāng)中更加穩(wěn)定、精確，為保證高爐的順行提供了有力的保障。
    4.2.1本體信號(hào)監(jiān)控
      來自本體的熱電偶信號(hào)，先進(jìn)行過程站，所用為TRUCK　BL67系列產(chǎn)品，熱電偶信號(hào)直接進(jìn)入工BL67模擬量模件2AI－TC，　再通過PROFIBUS－DP與AC800F進(jìn)行通訊，BL67模擬量模件可自由插拔，無需斷開現(xiàn)場(chǎng)接線，易于維護(hù)。
5、 結(jié)束語
      目前，該系統(tǒng)運(yùn)行正常。DCS系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)提供了有效的控制手段，同時(shí)提供了充足的數(shù)據(jù)依據(jù)，該系統(tǒng)提高了勞動(dòng)生產(chǎn)力，提高了經(jīng)濟(jì)效益，保證了高爐生產(chǎn)。產(chǎn)實(shí)踐證明，能夠可靠、穩(wěn)定、精確、高效地運(yùn)行，且界面友好、保護(hù)功能完備、故障診斷功能強(qiáng)，便于系統(tǒng)維護(hù)，獲得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。