马钢第三炼钢厂4#转炉工程采用了当今世界上先进的现场总线控制系统,即西门子公司的pcs7控制系统。其中仪控系统在马钢公司内率先采用了在冶金行业还较少使用的profibus-pa总线技术,彻底改变了传统的测控模式,使整个仪控系统的技术档次跻身于国际先进水平。
在其二级控制系统采用了西门子pcs7系列plc,下挂profibus-dp网,并通过dp/pa link(链接器)将总线仪控设备接入工业控制网络,真正实现了"集中管理,分散控制"的目的。同时全数字化通信模式的抗干扰能力强、测量控制精确度高,借助数字双向传输的特点和先进的设备管理软件,可实现参数远程给定,采集丰富的仪表信息,有利设备故障诊断,改善管理状况。过程控制级由二级计算机构成,通过工业以太网与基础级plc相连,并依靠控制模型和数据库对一级控制系统实施指导、管理和跟踪。该系统将仪控、电控合为一体,它是具有工厂集成化概念的开放型的工业控制系统。
一 系统组成
基础级采用一套pcs7 plc作为铸机的控制器,其cpu类型是as416-2dp,并带有通信功能,可与扩展单元的im-153、im- 157通信卡以及变频器通过profibus-dp控制网相联,其中扩展单元采用et-200m和链接器作为子站。控制软件为step 7,并集成西门子过程设备管理软件pdm。控制级采用西门子工控机作为监控站,与plc通过快速工业以太网(基于tcp/ip协议)连接,系统运行西门子公司基于 windows 2000的pcs7全集成软件。
1. 硬件构成
图1仅给出了系统与仪表相关的配置。
其中pc1为上位机监控站,et200为电控系统的远程站。链接器为pcs7的从站之一,同时又是现场总线仪控设备的pa主站,由网络部件耦合器(coupler)实现所有profibus-pa总线现场仪表与dp总线的链接,在传输更多检测、控制信息的同时亦可获取总线设备自诊断信息。整个控制系统中,仪控系统除了和电控公用的操作站以及相应的一次检测元件外,仅有一个现场控制箱。
2. 软件配置
操作站软件为pcs7软件,网络平台为windows 2000,pcs7自带数据库,并提供监控画面和plc组态工具。pcs7内含组态软件为step7及西门子过程设备管理软件pdm。
操作站主要是在用户和所有系统功能之间提供一个人机界面,各类人员可通过操作站访问各自权限范围内的系统资源。例如:通过操作员可以调出过程显示画面,观察到过程回路的参数、状态、趋势和报警情况,实现对过程回路的操作和参数的调整。过程工程师可以组态过程和显示画面和过程控制数据库,进行其他各种组态工作。软件工程师可以进入软件开发环境,编写、调试和执行用户的应用程序。
系统维护人员可观察到系统各个设备的工作状况,并对这些设备进行诊断操作。
二 系统功能
4#转炉系统工程所有设备的电气传动和仪表控制全部采用集中控制、集中监视的方式,实现以plc为中心的基础自动化控制。
1. 生产流程分布
(1)主原料系统
铁水倒罐站;废钢供应。
(2)副原料系统
熔剂上料(1#皮带机~5#皮带机);熔剂加料(4#转炉本体)。
(3)铁合金系统
转炉铁合金供应、加料。
(4)4#转炉及辅助设施
转炉本体;底吹系统;顶吹氧气和溅渣护炉;转炉和氧枪冷却水;活动烟罩与炉口烟道之间的水封;活动烟罩、氧枪口、加料口的冷却水;氮封系统;炉下车辆。
(5)4#吹氩站
合金加料;顶吹氧气、氩气;底吹氩气。
2. 顶吹信号显示与自动调控
a. 信号显示与调控
氧气总管调压阀阀前(气源)压力指示、记录;氧气紧急切断阀开/关状态指示与联锁;氧气总管调压阀阀后压力指示、记录、调节;氧气总管压力调节阀阀位显示www.plcs.cn;氧气支管流量指示、记录、调节、补正计算;氧气支管流量调节阀阀位显示;氧气支管切断阀阀后(吹氧管入口)压力指示、记录;氧气支管切断阀阀位显示;累计一炉钢水用氧量:4000nm3/炉;累计一炉吹氧时间。
b. 报警及联锁
氧气气源压力低限值报警;氧气气源压力低-低值(ll)报警及联锁控制(与氧枪升降装置联锁);氧气支管入口压力低限报警;氧气支管入口压力低- 低值报警及联锁(与氧枪升降装置联锁);氧气支管流量低限报警;氧气支管流量低-低值报警及联锁;快速提枪并关闭支管切断阀。
3. 底吹信号显示与自动调控
底吹信号显示、自动调控、报警及联锁,与顶吹基本相同。
4. 过程现场总线配置
仪控系统全部通过profibus-pa现场总线方式完成检测与控制。
虽然耦合器可直接挂在dp网上,但要占用一个dp地址,且无法扩充,而每个链接器可扩充5个耦合器,并且在非防爆区每个最多可挂接30台非防爆现场总线仪表,所以在平衡经济性和系统可扩充性的前提下,采用了一个链接器配几个耦合器的硬件配置模式。整个系统采用了profibus-pa总线线型拓扑结构,在这种模式下,pa总线上的智能总线仪表的地址编号将不受dp地址编号的限制,可以在相应的耦合器下任意编址,有利于总线设备的扩充和维护。
三 系统特点
由于采用了profibus-pa现场总线技术,所以全部检测与控制仪表均采用了全数字化通信的智能仪表,从而极大地提高了系统的稳定性和可靠性。
(1)可靠性高
在整个转炉上下平台之间,网络线取代了所有常规控制仪表使用的控制电缆,而且所有测控元件均以并联方式挂接在一根网络线上,并以数字通信方式与上位计算机交换检测与控制数据,同时测控元件内部的故障自诊断功能,可将设备隐患信息在发生故障前预报给上位机,提醒工程人员及时进行排除,确保生产安全顺畅。
(2)精确度高
由于采用数字通信方式,所以实际的采样精确度和控制精确度均非模拟信 号可比,技术水平完全进入了另一个全新领域,为生产工程师提供了准确的生产参数,有利于优化产品,控制生产成本和节能、降耗。
(3)系统扩展灵活
pa通信网络的节点就是测控元件,所以任意节点的增加或删除都不会影响网络的整体性能。通过在dp网线上增减若干链接器,就可增加或删除若干组 pa网络,每组pa可扩展30个测控元件,便于系统扩容和工艺流程的优化。pa网络可分布在工厂的任何位置,这样,与分散在各地的各种设备连接更为简单。
(4)降低工程造价和工程量
在转炉上下平台之间测点分散且各自相对集中,若采用常规计算机控制方案,不但布线复杂、桥架林立,而且故障排除时间长,不利于自动控制过程的快速恢复。采用profibus-pa现场总线技术,将极大地节省电缆、桥架的材料费和基建安装量,同时也取消了控制站上输入/输出组件,节省了机柜,减小了控制室的面积。
四 结束语
马钢第三炼钢厂4#转炉控制系统在实现"三电一体化"的基础上,成功地将profibus总线技术应用于生产全过程,提高了系统的控制水平和可靠性,同时降低了运行成本。与常规系统相比,仅仪控系统就比原概算节省30%的投资。另外,内嵌的过程设备管理软件pdm,减少了所需其他软件的种类,也降低了相关软件费用。尤为重要的是,由于现场总线仪表具有自诊断功能,因此,可以预先诊断和维护在线设备,提前排除故障、减少停机时间,提高了生产的安全性,同时大大降低了系统运行、维护费用,为整个高效连铸机的安全顺产提供了重要的技术保障。