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    前言：宣鋼9#高爐噴煤控制系統采用德國西門子的PCS7系統, 該系統融傳統的DCS與PLC優點于一體，并支持多種國際現場總線標準。工程設計人員選用工業以太網與現場總線技術結合，完成現場數據采集、控制，與其它過程站的通迅，數據的存貯、歸檔、顯示。

    1、硬件配置

    宣鋼9#高爐噴煤控制系統硬件采用德國西門子的PCS7系統，系統為冗余控制系統，支持熱插拔。當主CPU由于故障停機時，從CPU無條件的切換成主CPU，對生產不會造成任何影響。控制系統電源采用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模件完成數據采集及設備控制。

    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的工業以太網進行連接，組成以TCP/IP協議為通訊基礎的工業控制以太網，滿足過程監視、控制及管理自動化的要求。

     噴煤PCS7系統硬件配置如圖1:


    噴煤PCS7系統硬件配置圖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網絡電壓轉換為所需的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適用于中等性能應用范圍中有較高要求的場合，能滿足對程序規模和指令處理速度及復雜通信的更高要求，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現場總線；擴展的存儲能力，256KBRAM分別用于程序和數據存儲；靈活的擴展性，可連接多達131072個數字量或81932個模擬量的I/O；多點接口（MPI），用MPI最多能夠建立32個站的簡單網絡，其數據傳輸速率最大為12Mb/s。

    1.4通信處理器模塊（CP443-1）：

    CP443-1是SIMATIC S7-400用于工業以太網總線系統的通信處理器，它有自己的微處理器，因而能減輕CPU的通信任務和進一步擴展連接，通過CP443-1，S7-400可以實現與編程設備、計算機、HMI設備的通信。

    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。每個ET200后面帶有所需的數字量I/O模塊和模擬量I/O模塊。接收來看現場的信號，通過Profibus-DP總線連接到CPU，供CPU處理。

    1.6I/O模件

    本系統用的I/0模件均為300的卡件，僅此一項，就可節約費用上萬元。I/O模件用于接收現場的信號。主要有數字量輸入模件DI，數字量輸出模件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，組態軟件為西門子公司PCS76.0英文版。

    它是集組態（包括硬件配置、控制策略、HIS即人機接口等組態）、工程調試和診斷功能為一體的工具軟件包。系統通過多屏圖形卡可以將最多四個過程監視器連接在一起來 擴展工作區，使得組態更為簡便。工程系統的系統軟件可以根據過程對象的數量來擴展，根據需要，其數量可以隨時使用 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。監控軟件，主要應用WinCC6.0。

    2.1連續功能圖 CFC編程

    CFC是一種用于圖形化組態連續自動化功能的工具。通過功能強大的自動布線 和集成報文組態，預定義的塊可以在 CFC 中定位、進行參數化和互連。在生成一個新的CFC 時，可以根據圖名 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行優化。根據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可用于圖形化組態批量生產的順序控制。每個 SFC 都具有用于控制和用于狀態信息的輸入及輸出。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。符合標準 ISA S88 的狀態管理允許每個 SFC 最多組態8個單獨的順序鏈，用于特殊操作，例如保持或放棄狀態、安全狀態或各種操作模式。對于 SFC 組態，提供有簡便的編輯功能，以及功能強大的測試和調試功能。

    2.3工業監控組態軟件

    工業監控組態軟件WinCC是一個集成的人機界面系統和監控管理系統，它是在Windows環境下，面向對象的32位工業監控組態軟件，適合任何自動化控制系統。該組態軟件集成了圖形技術、人機界面技術、數據庫技術、控制技術、網絡與通信技術等，使控制系統開發人員不必依靠某種具體專業的計算機語言，只需通過可視化的組態方式，就可完成監控軟件設計，降低了監控畫面開發難度。組態軟件擁有豐富的工具箱、圖形庫和操作向導，使開發人員避免了軟件設計中許多重復性開發工作，可提高效率，縮短開發周期，它已經成為監控系統主要軟件開發工具之一。

    采用西門子Wincc6.0軟件設計監視畫面，對操作界面漢化，進行制煤、噴煤的主要操作及狀態顯示；能根據生產需要實現參數修改，包括故障報警顯示及查找等。上位機管理系統要完成對噴煤數據的管理工作，通過控制系統與上位機的雙向通訊。其優點有：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接觸，可防止因誤操作而破壞程序。

    本系統主要有以下操作畫面：

    原煤儲運系統工藝流程模擬畫面；

    制煤系統工藝流程模擬畫面；

    噴吹系統工藝流程模擬畫面；

    加熱爐系統工藝流程模擬畫面；

    噴煤系統工藝流程模擬畫面；

    3噴煤工藝控制

    3.1原煤儲運系統

    配煤系統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，達到控制其轉速的目的，從而調節圓盤給料機下料量的多少，達到所需的重量和煤種之間配比的要求。

    3.2制粉系統

    制粉系統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，煤粉經粗粉分離器被主抽風機抽到布袋收粉器中，煤粉被收集到煤粉倉中。

    制粉系統的主要控制有：

    3.2.1磨煤機入/出口溫度控制

    煤粉輸送氣體。由于熱風爐廢氣溫度變化較大，因此用加熱爐產生高溫煙氣與熱風爐廢氣混合，為磨煤機提供一定的干燥和溫度穩定的氣體。磨煤機入口溫度可通過比值調節實現，即調節加熱爐產生高溫煙氣與熱風爐廢氣的混合比值來控制入口溫度。在制粉系統中磨煤機出口粉溫度要比入口溫度重要，由于受磨煤機負荷及原煤干濕程度的影響，磨煤機出口風粉溫度較難控制，因此可將磨煤機入口溫度控制作為副環，出口風粉溫度作為主環構成串級，這樣,減少了滯后，提高了抗干擾能力。

    3.2.2中速磨機負荷控制

    中粗磨機是整個制粉系統的核心部分，負荷自動控制就是在保證噴吹要求的前提下，使中速磨機在最經濟的工況下運行。磨煤機負荷自動控制通常都是通過調節給煤機給煤量來實現，通過變頻器控制給煤皮帶的速度，從而控制給煤量。

    3.2.3磨煤機前負壓控制

    在使用中速磨制粉時，由于煤粉的細度與通風量之間是比例關系，因此保持磨煤機的風量不變，則煤粉的細度不變。保持磨煤機前負壓的穩定，便能達到風量穩定的目的。實際上負壓控制就是煤粉細度的控制，同時也能防止煤粉外泄。

    3.3 噴吹系統

    噴吹系統主要是向高爐輸送煤粉，細煤粉利用自重從煤粉倉落到噴吹罐中，并用氮氣充壓。每座高爐都設計有兩個噴吹罐，當一個噴吹罐裝滿煤粉并充壓到壓力設定值后，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定，需保持噴吹罐內壓力的穩定，通過調節補壓調節閥的開度可保持罐壓在設定范圍之內。補壓設定值與罐壓實測值比較運算后，通過罐壓調節畫面設定輸出補壓調節閥的開度。功能框圖見圖2。



    在一定的噴吹壓力下穩定流化氮氣量和壓縮空氣補氣量，改變輸煤阻力和固氣比。人工設定噴吹率設定值和罐壓，通過調節補氣調節閥來調節噴吹率，補氣調節閥根據采樣數據，將設定噴吹率與實際噴吹率相比較，當設定值大于實際值時，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，根據自動倒罐的條件，自動順序開關相應閥門。手動方式又分為單動和聯動兩種方式，根據工藝要求，單個控制閥門的開、關不受其他條件的限制；在聯動方式下，需在滿足聯鎖保護條件和閥門開關順序的情況下才能操作。

    緊急停噴和閥門故障時均發出報警信號，提醒操作人員及時準確定位處理。

    3.4熱爐系統

    該系統為制粉系統提供干燥原煤和輸送煤粉的干燥氣。干燥氣是熱風爐廢氣與煙氣爐煙氣的混合氣體，主要采用熱風爐廢氣，不足熱量由煙氣爐煙氣補充。為了保證磨煤系統所需的一定溫度及流量的一次混合干燥氣，必須實現干燥氣流量和溫度的動態調節，使出口溫度處于規定值內，并通過磨煤機出口溫度變化情況進一步控制和調節磨煤機入口的熱風爐廢氣調節閥的開度。當高爐煤氣壓力高于高定值或低于低定值時，系統自動關閉高爐煤氣切斷閥。冷空氣調節系統由操作人員根據中速磨所需熱風的溫度的高低，通過計算機手動調節閥門開度來混兌冷空氣。

    高爐噴煤控制系統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主畫面，另一臺用來顯示生產操作技術參數，兩臺互為熱備份。工控機具體配置為P4處理器，2.4GHz主頻，1G內存，80GB硬盤，Windows 2000英文操作系統，19英寸SVMSUNG CRT。

    3.5工業網絡構成

    過程站、操作員站、工程師站通過工業以太網實現通訊，符合工業以太網標準IEEE802.3,采用TCP/IP協議,32位數據總線,每秒100Mbit。傳輸介質為光纖，網絡結構單環網，網絡上任一處的斷裂，而不會影響網絡的通迅。我廠工程技術人員準備改造網絡為光纖雙環網，這樣就使網絡的通迅更加的穩定。

    4、結束語

    以上介紹了SIEMENS PCS7開放系統的硬件系統的構成、宣鋼9＃高爐噴吹系統控制方案，在程序設計中始終貫徹安全第一的思想。該系統自投運以來，高爐在生產正常的情況下，相比同等類型的高爐，利用系數高出0.2左右，收到了可觀的經濟效益。另外，更重要的是，也說明自動化系統的初投資，能從生產中不斷取得經濟效益，這是值得人們關注的問題。
 
    作者信息：王春元  2004年畢業于內蒙古科技大學自動化專業，助理工程師。

    工作單位: 河北省宣化鋼鐵公司煉鐵廠

    通訊地址：河北省宣化鋼鐵公司煉鐵廠第一自動化車間    

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