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本鋼新建4350M3大型高爐自動控制系統(tǒng)構(gòu)建方案的探討———本鋼新建4350M3大型高爐自動控制系統(tǒng)構(gòu)建方案的探討

引言

  2000年以來,我廠先后建成了三座2600M3高爐,在中大型高爐工程施工建設運行上,其中在高爐自動控制系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計及軟件調(diào)試方面, 更是通過不斷的工程實踐, 積累了一定的經(jīng)驗。把這些經(jīng)驗加以總結(jié), 有助于今后的高爐自動控制系統(tǒng)構(gòu)建工作。

1 工藝概況及自動控制系統(tǒng)

  高爐生產(chǎn)主體工藝系統(tǒng)包括: 高爐礦、焦槽,上料(料車上料或皮帶機上料) , 爐頂(無料鐘爐頂或鐘式爐頂) , 高爐本體, 出鐵場, 粗煤氣除塵煤氣清洗(文氏管或比肖夫法) , 爐頂煤氣余壓發(fā)電( TRT) , 熱風爐, 爐渣處理, 煤粉制備及噴吹等。高爐生產(chǎn)主要的輔助工藝系統(tǒng)包括: 高爐除塵系統(tǒng),鼓風站,空壓站,鍋爐房,水處理系統(tǒng),碾泥機,鑄鐵機,檢、化驗設施,生活福利設施等。

  一般地, 高爐生產(chǎn)主體工藝系統(tǒng)與主要的輔助工藝系統(tǒng)分別由不同的控制系統(tǒng)進行控制。主體工藝系統(tǒng)采用三電(電氣, 儀表, 計算機) 控制一體化程度較高的分布式控制系統(tǒng)進行集中控制、監(jiān)視和操作; 主要的輔助工藝系統(tǒng)則視工藝過程控制的難易程度,選用獨立的PLC(DCS) 或繼電器(模擬儀表) 系統(tǒng)進行控制、監(jiān)視和操作。主體工藝自動控制系統(tǒng)與輔助工藝PLC(DCS)或繼電器(模擬儀表) 系統(tǒng)之間通過數(shù)據(jù)通信接口或I/ O 模件接線方式進行通信。本文僅對高爐生產(chǎn)主體工藝自動控制系統(tǒng)的各個設計階段、內(nèi)容,進行總結(jié)和介紹。

2 自動控制系統(tǒng)的組成及應用功能層次

  高爐自動控制系統(tǒng)通常由常規(guī)檢測儀表、電氣傳動系統(tǒng)及以計算機為主體設備的分布式控制系統(tǒng)共同組成。自動控制系統(tǒng)在系統(tǒng)應用功能上由4 級組成。第1 級為現(xiàn)場檢測和傳動級, 主要對工藝生產(chǎn)現(xiàn)場進行檢測和驅(qū)動; 第2 級為基礎自動化級, 主要完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集和初步處理, 數(shù)據(jù)顯示和記錄, 數(shù)據(jù)設定, 生產(chǎn)操作,執(zhí)行對生產(chǎn)過程的連續(xù)調(diào)節(jié)控制和邏輯順序控制; 第3 級為過程監(jiān)控級, 主要完成生產(chǎn)過程操作指導, 作業(yè)管理, 模型計算, 數(shù)據(jù)處理及存儲;系統(tǒng)與裝置第4 級為生產(chǎn)管理級, 主要進行全廠生產(chǎn)信息管理??刂葡到y(tǒng)采用高速數(shù)據(jù)總線通信, 并留有與其他生產(chǎn)及管理部門通信的接口。第1 級屬于常規(guī)檢測儀表及電氣傳動系統(tǒng);第2~4 級屬于分布式控制系統(tǒng)。

3 自動控制系統(tǒng)設計階段及主要內(nèi)容

  高爐自動控制系統(tǒng)的設計階段按設計順序可以分為:

  (1) 控制系統(tǒng)裝備水平的確定階段;

  (2) 分布式控制系統(tǒng)綜合評估階段;

  (3) 控制系統(tǒng)初步設計階段;

  (4) 控制系統(tǒng)基本設計階段;

  (5) 控制系統(tǒng)詳細設計階段;

  (6) 控制系統(tǒng)軟件調(diào)試階段。

  3. 1 控制系統(tǒng)裝備水平的確定階段

  主要包括:

  3.1.1確定自動控制系統(tǒng)的設計原則

  一般地, 設計應本著技術(shù)成熟, 裝備先進, 適用性強,可靠性高的原則進行。

  3.1.2 確定分布式控制系統(tǒng)的基本組成

  分布式控制系統(tǒng)主要由控制站單元、操作顯示站單元以及數(shù)據(jù)通信總線組成。各站點單元由數(shù)據(jù)通信總線聯(lián)結(jié)在一起組成控制系統(tǒng), 并通過數(shù)據(jù)通信總線進行相互間的通信,實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)共享。

  3.1.3 確定自動控制系統(tǒng)的應用功能層次, 并提出各個應用功能層次上對系統(tǒng)硬件和軟件的基本要求

  在進行應用功能層次劃分時,現(xiàn)場檢測、傳動級和基礎自動化級是必需的;至于過程監(jiān)控級和信息管理級,則應根據(jù)工程項目的資金情況及用戶的生產(chǎn)管理水平?jīng)Q定取舍。

  3.1.4提出自動控制系統(tǒng)的合理控制范圍及主要控制和管理功能

  一般地, 高爐生產(chǎn)主體工藝系統(tǒng)宜納入控制范圍。

  3.1.5 推薦幾種典型的分布式控制系統(tǒng)構(gòu)成方案

  高爐自動控制上所應用的分布式控制系統(tǒng), 一般按對電氣邏輯順序控制功能與儀表連續(xù)調(diào)節(jié)控制功能的不同側(cè)重分為兩類: 一類是電氣邏輯順序控制功能與儀表連續(xù)調(diào)節(jié)控制功能均由同一類型控制器進行控制的全DCS 控制系統(tǒng),如美國西屋(Westinghouse) 公司的OVATION 控制系統(tǒng), 德國西門子公司的PCS7 控制系統(tǒng)等; 另一類是電氣邏輯順序控制功能與儀表連續(xù)調(diào)節(jié)控制功能分別由不同類型控制器進行控制的“PLC + DCS”控制系統(tǒng), 如由美國霍尼韋爾公司的儀表連續(xù)調(diào)節(jié)控制器HPM 與美國GE 公司的電氣邏輯順序控制PLC 共同組成的Total Plant 控制系統(tǒng),由日本橫河公司的儀表連續(xù)調(diào)節(jié)控制器FCS 與日本安川公司的電氣邏輯順序控制器CP23500H 共同組成的控制系統(tǒng)等。

  3.1.6提出國內(nèi)外設備分交意見。

  3.1.7進行自動控制系統(tǒng)投資估算。

  3. 2 分布式控制系統(tǒng)綜合評估階段

  主要從以下幾個方面對用戶認可的幾種系統(tǒng)構(gòu)成方案進行綜合評估和比較,選出在技術(shù)性能、使用性能、可靠性等方面均比較出色的控制系統(tǒng)。

  (1) 對控制系統(tǒng)控制站單元的技術(shù)性能進行評估。包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集能力及信號隔離措施;輸入及輸出信號處理精度; 內(nèi)存容量及存儲數(shù)據(jù)掉電保持時間;模件能否帶電插拔及容錯能力;應用軟件的組態(tài)方式。

  (2) 對控制系統(tǒng)操作站單元的技術(shù)性能進行評估。包括內(nèi)存容量及CRT 分辨率;實時多任務操作系統(tǒng)的可靠性; 是否具備多種應用支持軟件(如圖形組態(tài)軟件, 數(shù)據(jù)庫管理軟件, 報表生成軟件, 歷史趨勢軟件, 故障報警軟件, 以及系統(tǒng)維護軟件等) ;圖形軟件的組態(tài)方式。

  (3) 對控制系統(tǒng)通信單元的技術(shù)性能進行評估。包括通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡控制方式; 通信網(wǎng)絡容量及數(shù)據(jù)傳輸速率;通信網(wǎng)絡容錯能力。

  (4) 對控制系統(tǒng)綜合性能進行評估。包括控制系統(tǒng)的開放性和可擴展性; 是否兼容其它自動化軟、硬件產(chǎn)品;是否很容易地對系統(tǒng)硬件和軟件進行升級;控制系統(tǒng)的可靠性;系統(tǒng)的容錯能力和平均無故障時間是否滿足要求等; 控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性,著重考察系統(tǒng)的性能價格比;控制系統(tǒng)在高爐控制上的的應用業(yè)績; 控制系統(tǒng)供應商的售后服務能力。

  3. 3 控制系統(tǒng)初步設計階段

  主要是以控制系統(tǒng)裝備水平階段確定的原則為依據(jù), 以對分布式控制系統(tǒng)綜合評估后得出的結(jié)論為基礎, 并結(jié)合工藝實際情況進行控制系統(tǒng)的初步配置。其主要工作內(nèi)容包括:

  (1) 結(jié)合工藝及用戶意見確定控制系統(tǒng)控制范圍,分布式控制系統(tǒng)基本構(gòu)成方案和主要控制、管理功能。

  (2) 明確三電專業(yè)分工,對三電專業(yè)各自應完成的控制及管理功能進行劃分。

  (3) 確定系統(tǒng)操作方式。一般有自動、半自動、手動和機旁手動4 種操作方式。

  (4) 初步確定常規(guī)檢測儀表及電氣傳動系統(tǒng)設備選型。系統(tǒng)與裝置

  (5) 初步確定分布式控制系統(tǒng)硬件及支持軟件組成;估算控制系統(tǒng)輸入和輸出點數(shù),初步確定輸入和輸出控制點技術(shù)規(guī)格及控制點備用量; 確定數(shù)據(jù)通信總線介質(zhì);確定系統(tǒng)的冗余方式。

  (6) 確定控制系統(tǒng)電源條件。其中,分布式控制系統(tǒng)一般應考慮不停電電源措施。

  (7) 確定控制系統(tǒng)安裝場所。應使控制系統(tǒng)的輸入/ 輸出接口盡量接近控制對象。(8) 確定控制系統(tǒng)抗干擾措施,接地措施。

  (9) 確定國內(nèi)外設備分交范圍。

  (10)進行控制系統(tǒng)投資概算

  注意: 如果需要從國外引進自動控制系統(tǒng)設備, 在初步設計階段還應進行引進項目建議書及引進詢價書的編制工作,并著手準備對外技術(shù)交流和引進談判。

  3. 4 控制系統(tǒng)基本設計階段

  基本設計階段是自動控制系統(tǒng)設計中最為重要的設計階段。該設計階段主要以控制系統(tǒng)初步設計階段確定的內(nèi)容為基礎, 對系統(tǒng)硬件和軟件進行總體方面的設計。功能規(guī)格書是基本設計階段主要的設計文件,它是系統(tǒng)詳細設計、軟件設計和軟件調(diào)試工作的指導性文件。功能規(guī)格書的主要內(nèi)容包括設計<