現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在煉鐵高爐系統(tǒng)中的應(yīng)用

一、引言

　　工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是近幾年自動(dòng)化行業(yè)最為關(guān)注的技術(shù)之一，給各行各業(yè)的自動(dòng)化控制技術(shù)帶來了一次質(zhì)的飛躍。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）是由各種現(xiàn)場(chǎng)儀表通過互連與控制室內(nèi)人機(jī)界面所組成的系統(tǒng)；一個(gè)全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)。也正是由于這些特點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線作為技術(shù)支撐的FCS在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有明顯的優(yōu)勢(shì)，諸如很高的精確性、組志簡單、設(shè)計(jì)安裝方便、易于維護(hù)和擴(kuò)展、可以節(jié)約軟硬件投資等，被稱為第五代控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。它使過程控制領(lǐng)域的自動(dòng)化裝置由DCS向FCS過渡，DDC（直接數(shù)字控制）功能將徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)，使先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理功能得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如電力監(jiān)控、能源管理、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等等。

　　我廠高爐生產(chǎn)主要由高爐系統(tǒng)、噴煤系統(tǒng)、熱風(fēng)系統(tǒng)、卷揚(yáng)系統(tǒng)及槽下部分等構(gòu)成，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，分散點(diǎn)多，環(huán)境條件特殊，對(duì)電氣設(shè)備的要求非常高，這就造成了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)非常龐雜，故障率高，維護(hù)量大。將開放、成熟的德國TURCK公司的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用到5＃高爐生產(chǎn)中去，在我公司取得了良好的效果。

二、高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀

　　我公司以前的高爐生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用美國GE 公司的Series 90－70／30的 PLC設(shè)備，此設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種開關(guān)及模擬信號(hào)通過信號(hào)電纜匯到PLC模板處，供PLC采集，進(jìn)行處理，然后輸出，控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，來滿足高爐生產(chǎn)的需要。如圖1所示：

　　從上圖可以看出： 整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于主機(jī)入口處的瓶頸現(xiàn)象。由于現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備多，且比較分散，信號(hào)進(jìn)入PLC后，必須經(jīng)過A／D、D從轉(zhuǎn)換過程，且精確度有所降低，這樣就迫使PLC 的掃描周期加長，不利于主機(jī)騰出手來從事優(yōu)化工作，使整個(gè)主機(jī)性能下降，直接威脅到高爐各種信號(hào)的實(shí)時(shí)性。

　　另外，現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備所處的環(huán)境特殊，與之相連接的電纜比較多，維護(hù)量大，故障率高，影響到整個(gè)高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

三、現(xiàn)場(chǎng)總線的選用

　　1. 現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

　　PY fibllsoP現(xiàn)場(chǎng)總線是Pr。fiblls現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)性能優(yōu)化版本，專門用于自動(dòng)化系統(tǒng)與分布式外圍設(shè)備之間的臨界通信任務(wù)。這種總線適合于替代價(jià)格昂貴的 24V DC和 4～20mA測(cè)量信號(hào)平行傳輸線路。

　　德國TURCK公司開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)場(chǎng)儀表、設(shè)備與控制室系統(tǒng)之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向通信與多站的通信系統(tǒng)，為我廠已建成的千兆位以大網(wǎng)系統(tǒng)提供了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制功能。這次我煉鐵廠5＃高爐大修選用TURCK公司的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線，可避免幾千個(gè)檢 測(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)的檢測(cè)信號(hào)匯集到DCS 的入日處所造成的信號(hào)堵塞，從而把60％以上的控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)儀表，增加了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

　　采用現(xiàn)場(chǎng)總線主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）可以減少1／2—2／3的隔離器、端子柜、I／O柜、l／O終端，這樣大大節(jié)省了10裝置及裝置室的空間；
　?。?）由于免去了D／A及A／D轉(zhuǎn)換的過程，使信號(hào)精確度可以從±0．5％提高到±0．1％；
　?。?）由于可以將PID功能植入到變送器或執(zhí)行器中去，使控制周期大為縮短。目前可以從DCS的每秒調(diào)節(jié)2－3次增加到每秒10－20次，從而改善了調(diào)節(jié)性能；
　?。?）組態(tài)簡單，安裝、運(yùn)行、維護(hù)簡便；
　　（5）采用IP67的防護(hù)等級(jí)，使之完全適合高爐現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。

　　2.5＃高爐大修工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的組態(tài)方式

　　為使TURCK公司開發(fā)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品更好地應(yīng)用到生產(chǎn)中去，必須使之與高爐主 PLC（GE公司 series 90．30）系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起。

　　5＃高爐系統(tǒng)由高爐、熱風(fēng)、噴煤、卷揚(yáng)及槽下（包括除塵）部分組成。每個(gè)部分都負(fù)責(zé)一定的區(qū)域，它們之間既相互獨(dú)立，又密不可分，相互聯(lián)系。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問題，都將導(dǎo)致高爐的直接休風(fēng)，影響生產(chǎn)。

　　為此，以上各個(gè)部分都配有自己獨(dú)立的 series 90－30 PLC控制系統(tǒng)，且從各自的PLC 總線接口分別架設(shè)一條工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線到各自所負(fù)責(zé)的區(qū)域。PLC通過各自的總線系統(tǒng)采集現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及控制。這樣，就可以使復(fù)雜的高爐生產(chǎn)系統(tǒng)分成五部分總線來設(shè)計(jì)，避免總線的連接過于復(fù)雜，有利于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。5＃高爐總線布置圖如圖2：