摘要：本文詳細闡述了Industrial IT自動控制系統(tǒng)在宣鋼六號高爐煉鐵生產中的成功應用，著重介紹了系統(tǒng)的硬件配置、網(wǎng)絡通訊及其實現(xiàn)功能。體現(xiàn)了該系統(tǒng)結構合理、功能完善、性能穩(wěn)定可靠、控制精度高等特性，從而滿足生產需求。
關鍵字：ABB  AC800F   硬件  通訊   控制
1、 前言
      2008年6月，對宣鋼六號高爐進行了大修。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，將先進控制思想、現(xiàn)代通訊技術和IT技術的最新發(fā)展集于一身。實踐證明，采用AC800F DCS 系統(tǒng)后，很好地實現(xiàn)了六爐槽下、爐頂、熱風的自動控制。
2、 系統(tǒng)介紹
    AC800F系統(tǒng)是ABB公司推出的具有世界領先水平的全能綜合型開放系統(tǒng)，融傳統(tǒng)的DCS和優(yōu)點于一體并支持多種國際現(xiàn)場總線標準。即具備DCS復雜模擬回路調節(jié)能力、友好的人機界面（HMI），又具有與高檔PLC指標相當?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)場總線設備。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴展性，無論是小型生產裝置的控制，還是超大規(guī)模的全廠一體化控制，甚至對于跨廠的管理控制應用，Industrial IT都能應付自如。該系統(tǒng)升級到V6.2及更高版本，系統(tǒng)容量可達到140800個I/O，今后如果系統(tǒng)需要擴展，可直接在此基礎上增加I/O或現(xiàn)場總線儀表，利于今后發(fā)展。  
       系統(tǒng)包括操作級與過程級，操作級包括傳統(tǒng)控制功能，如操作與監(jiān)視，歸檔與信息記錄，趨勢與報警，回路與邏輯控制功能等，為便于管理，所有功能都可在相應過程站中執(zhí)行。做為過程級是由一個或幾個過程站組成，每個過程站由AC800F和擴展單元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)場各種類型過程信號相連接。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I/O數(shù)據(jù)通信，具有較高的安全性和較強數(shù)據(jù)可靠性。DigiNet s 系統(tǒng)總線用于過程級和操作級，通信傳輸介質可以選擇同軸電纜或光纜。
      該系統(tǒng)配備了多個過程站和多臺操作站：工程師站使用工控PC機作為工程師站，系統(tǒng)操作員站運行在工業(yè)PC機上，全中文Digivis軟件包基于MS Windows IT 平臺，其圖形操作接口增強了系統(tǒng)的使用與操作，此外，還可能提高外部設備指標如顯示器、打印機等使系統(tǒng)操作更方便。該控制系統(tǒng)在一臺PC機上完成操作與監(jiān)控，系統(tǒng)可擴展至100個操作員站和100個過程控制站。
3、 自控系統(tǒng)硬件結構及網(wǎng)絡連接
       此次大修，將硬件設備全部更新，在設備自動控制和數(shù)據(jù)采集、通訊上有了提高。自控系統(tǒng)結構及硬件圖如下：

3.1工程師站ES
      當把應用軟件CBF安裝在計算機上，這臺計算機就成為工程師站，可用于自動過程級控制的組態(tài)，還可以完成操作員級畫面、記錄與歸檔畫面的組態(tài)，還可進行過程調試。系統(tǒng)編程軟件分為項目生成一個項目文件，雖然每個控制器均開辟一定空間作為數(shù)據(jù)變量存儲區(qū)，但在系統(tǒng)編程軟件上僅為一個全局系統(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。實現(xiàn)了系統(tǒng)全局數(shù)據(jù)庫技術，即“分散存儲，全局管理”。
3.2過程控制站PS
      對過程設備的控制、運算（加、減、乘、除及邏輯運算）、監(jiān)控、趨勢采集的組態(tài)都在過程站下面組態(tài)完成，過程站的硬件設備包括AC800F和各種模件。
      根據(jù)工藝要求，整個控制系統(tǒng)由兩個過程站完成，槽下過程站和熱風過程站。槽下過程站位于槽下，用于對槽下上料、爐頂上料的自動控制，熱風爐過程站，位于熱風操作室，用于熱風爐和高爐的各種溫度、壓力、流量等儀表信號的采集。兩個過程站均采用冗余AC800F控制器?，F(xiàn)場控制器AC800F下掛S800 I/O模件，之間的通訊采用Profibus DP現(xiàn)場總線協(xié)議。AC800F現(xiàn)場控制器的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是標準Profibus-DP/DPV1全冗余通信接口，CI840通過配套TU847底座實現(xiàn)冗余連接，保證了數(shù)據(jù)通訊的可靠性。下圖是AC800F現(xiàn)場控制器與S800 I/O站之間的連接圖。

3.3操作員站OS
      用于對各工藝過程及參數(shù)進行監(jiān)控，顯示生產流程畫面，趨勢畫面，記錄，報警等的組態(tài)。槽下配有2臺工控機作為操作站,用于對槽下上料及爐頂上料的監(jiān)控。六爐主控室也有兩臺操作站，用于高爐自控系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控及上料料單的設定等。在熱風操作室，配有1臺工控機作為操作站，對四座熱風的狀態(tài)進行監(jiān)控。
3.4通訊網(wǎng)絡
      過程站、操作站、工程師站間的通訊通過DigiNet S實現(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)點安裝兩個工業(yè)級光纖交換機，采用冗余方式，每一接點的交換機有故障時，均可自動切換。光纖環(huán)網(wǎng)保證任一接點斷電，故障，任一段光纖中斷都不影響整個系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)了通訊接口完全冗余。
      這樣，系統(tǒng)各節(jié)點間的的相互通迅，將過程站、工程師站、操作站及模件等各硬件設備連接起來構成一個分布式控制系統(tǒng)的通迅網(wǎng)絡。見下圖

4、 過程站實現(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，槽下設備也進行了相應的改動。稱斗由原來的5個增加為7個，1至4號稱斗各有兩個振動篩，對應4個給枓機，5至7號稱斗為一個振動篩，每個稱斗對應2個給料機。兩個焦斗，其中1號焦斗新增給料機。另外，參與自動控制的設備還有中間斗，皮帶，返礦皮帶，主卷揚，返焦。
      稱斗：稱斗對應的給料機均為變頻控制。根據(jù)料單輸入的礦種、礦重，進行篩料，同時，根據(jù)流量、零點進行計算，并做出補償。
      焦斗：也是根據(jù)料單的重量及選擇情況，進行篩料。
      皮帶：根據(jù)中間斗、翻板情況，自動啟皮帶低速，5秒后高速運行。
      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)主卷揚入爐。
      主卷揚：根據(jù)裝料方法，判定焦、礦，開焦或中間斗料門，通過變頻控制啟動主卷揚，運行過程中，根據(jù)時間進行了高、中、低速的選擇。為保證主卷揚正常運行，兩個變頻器一用一備。
      返礦皮帶：當稱斗空需要篩料或有振動篩工作時，啟動返礦皮帶。
      返焦：東、西兩返焦投自動。并根據(jù)現(xiàn)場實際需要，在啟動焦篩后，有啟一車或兩車的選擇。
      軟水的控制：對膨脹罐充壓閥、溢流閥進行控制，還可放散閥還可調節(jié)。同時，對膨脹罐液位，壓力進行監(jiān)控。
      槽下自控關鍵部分有料單的分解，處方的運行，篩料時變頻的控制以及主卷揚、焦炭的自動控制。
       在料單的分解、運行中及處方的運行中，大量運用了順序功能塊圖SFC和功能塊圖FBD，對料單進行初始設定并對所送料單的裝序進行判斷，對裝法中的焦、礦位置、個數(shù)進行判定，為篩料、放料工作打下基礎。在畫面中，還增加了“程控”、“批加”、“批減”“處方加一”等按鈕，使手、自動之間有正常的切換、校正。
      各稱斗的篩料用變頻器控制。每個稱斗對應兩個料倉，為保證篩料的準確，對稱斗的兩個料倉分開控制，分別用線性化塊根據(jù)重量進行輸出控制，同時，還增加了操作工可自行調整的流量設定，為進行最準確的篩料打下了基礎。
      槽下主卷揚的運行極為關鍵。為保證下常運行，在程序上進行加工，增加了報警畫面。在控制中，除用信號進行判定外，還用時間控制作為條件，起到了雙重保護的作用。
      在焦炭的控制中，還實現(xiàn)了焦斗自動補償，在篩料過程中都會和上次進行比較，將多篩或少篩部分以誤差的形式計算到下次篩料中，以達到“多篩減掉，少篩補齊”的效果。清焦誤差，雖然說，計算出焦炭誤差最終可以實現(xiàn)焦的自動補償，但是，如果誤差值太大或太小，會影響到停篩值的計算，從而影響篩料的準確性。所以，在一定 的時候還得對誤差進行清零。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6秒，開上密、開截料閥、關放散依次進行，將受料斗中的爐料放入料罐。等受料斗的爐料全部進入料罐，受料斗是否為空，可由兩個條件來辨定，一是截料閥開到極限位延時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，關截料閥，關上密閥。此時第一部分流程結束，第二部分開始。從料罐到高爐，也是滿足相應的放料條件后，提探尺，探尺提到零位后，開下密閥，轉回轉，開料流。此時爐料開如進入高爐，料罐空放后，大開料流關均壓閥，料流大開一下，關料流，關下密，?；剞D，回轉停，完成爐頂放料的一個循環(huán)。
      受料斗：接受從絞車送來的料，下口有一個截料閥。截料閥、上密、放散閥都在關位置，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，密封住爐內煤氣。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，關放散，料入料罐。受料斗料空后，上密封閥和截料閥關閉，料倉均壓。當探尺發(fā)出裝料入爐的信號時，打開下密封閥，同時給溜槽信號，使其由停機位置起動旋轉。
      探尺：探測爐內料面深度。當料面達到設定值，提探尺，允許料罐向爐內放料。
      溜槽（傾動）：它的傳動機構，包括行星減速機和氣密箱兩部份，傳動系統(tǒng)要使溜槽能完成繞高爐中心線的旋轉運動和在垂直平面內改變溜槽傾角運動。溜槽的傾角驅動是由一臺交流伺服控制器完成的。為了對溜槽泊位置進行準確定位，設置有絕對角度編碼器。在溜槽傾角的兩個極限位置設有兩個位置傳感器（接近開關）作為安全自鎖和報警裝置。
      料流：是通過閥門角度（γ）的改變，調節(jié)向高爐布料的料流速度，用于和傾動傾角（α）和旋轉（β）同步配合，達到符合要求的每層布料。
      回轉：通過變頻電機控制溜槽的旋轉速度，以達到工藝要求的溜槽在每一環(huán)上的圈數(shù)。
      高爐本體的自動控制中，關鍵部分有：
      頂壓的調節(jié)
      在生產過程中，頂壓的調節(jié)優(yōu)為重要，因為它影響爐況，直接影響到產量、焦比等。自動控制中，對調壓閥組閥門的關閉程度來調控爐頂?shù)膲毫?。通過頂壓的設定值SP與進程值PV比較，進行PID調節(jié)。為滿足生產，還對SP值進行了加工，根據(jù)料罐料種的不同，以及料罐放料前后都做了調整。同時，根椐東、西頂壓的實際值給出PV值，增強了調節(jié)的準確性。
      料流、傾動、回轉的控制
      料流、傾動、回轉的控制，均采用編碼器，以實現(xiàn)反饋角度的計數(shù)。為增強找角的準確性，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。運行過程中，如果對設定的角度找角有偏差時，可在線性化塊中調整輸出。
       爐頂電磁閥備用和現(xiàn)用之間可進行切換，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，進行選擇。
      回轉不轉報警輸出
      受料斗空及料罐空的信號監(jiān)控
4.2熱風過程站
      熱風過程站主要實現(xiàn)熱風爐自動控制，主要包括四個熱風爐的換爐與各調節(jié)閥的閥位開關顯示以及其它閥的開關和各閥極限位、各點溫度、壓力、流量等值的顯示。同時，還對高爐頂壓進行調節(jié)，以及高爐本體各儀表信號的采集，監(jiān)控。
4.2.1熱風爐控制
      每座熱風爐的狀態(tài)包括閉爐、燃燒、送風三種，在畫面中每種狀態(tài)都用不同的顏色加以表示，每座熱風爐上的各個閥的開關極限位也有不同的顏色顯示出來，而在開關轉換的過程中，其過程狀態(tài)則用另一種顏色表示。同時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。
      在組畫面中各調節(jié)閥的設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定來重新改變差值，使調節(jié)閥根據(jù)差值來自動的開或者關。
       熱風爐在高爐煉鐵中起著非常重要的作用，而熱風爐的關鍵就在于它在燒爐、送風等過程中的操作是否正確合理，這就關系到它的煤氣流量、空氣流量、燒嘴溫度、頂壓等控制是否達到要求，其中調節(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，主要有對煤氣壓力、風溫的調節(jié)，各熱風爐助燃風流量、煤氣流量、燒嘴溫度的調節(jié)，有自動、手動方式，滿足了工藝要求。同時，還對煤所流量和冷風流量進行了當前累計和月累計。
      六號高爐中的四座熱風爐的煤氣流量、空氣流量、頂壓、燒嘴溫度等模擬量均由PID調節(jié)閥來調節(jié)，調節(jié)閥的自動實現(xiàn)是這些參數(shù)運行穩(wěn)定的保障。
       調節(jié)閥的自動控制原理是：由調節(jié)儀表給進來的4――20MA模擬輸入信號接入過程站的模擬輸入（DAI05）模件，經(jīng)AD轉換后與計算機內的調節(jié)閥閥位信號進行比較，根據(jù)差值輸出相應的開關信號用于驅動伺服電機正反向轉動，經(jīng)機械減速變換后驅動閥門，輸出4――20MA模擬信號供系統(tǒng)顯示跟蹤控制，控制原理圖如下：

      實踐證明，基本上達到了要求，充分發(fā)揮出了方便、準確的調節(jié)作用。從而使熱風爐在高爐供熱風的過程當中更加穩(wěn)定、精確，為保證高爐的順行提供了有力的保障。
    4.2.1本體信號監(jiān)控
      來自本體的熱電偶信號，先進行過程站，所用為TRUCK　BL67系列產品，熱電偶信號直接進入工BL67模擬量模件2AI－TC，　再通過PROFIBUS－DP與AC800F進行通訊，BL67模擬量模件可自由插拔，無需斷開現(xiàn)場接線，易于維護。
5、 結束語
      目前，該系統(tǒng)運行正常。DCS系統(tǒng)為實現(xiàn)穩(wěn)產提供了有效的控制手段，同時提供了充足的數(shù)據(jù)依據(jù)，該系統(tǒng)提高了勞動生產力，提高了經(jīng)濟效益，保證了高爐生產。產實踐證明，能夠可靠、穩(wěn)定、精確、高效地運行，且界面友好、保護功能完備、故障診斷功能強，便于系統(tǒng)維護，獲得了良好的社會、經(jīng)濟效益。