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的硬件設計、軟件設計及軟件調試方面, 更是通過不斷的工程實踐, 積累了一定的經驗。把這些經驗加以總結, 有助于今后的高爐自動控制系統構建工作。
1 工藝概況及自動控制系統
高爐生產主體工藝系統包括: 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) , 爐頂煤氣余壓發電( TRT) , 熱風爐, 爐渣處理, 煤粉制備及噴吹等。高爐生產主要的輔助工藝系統包括: 高爐除塵系統,鼓風站,空壓站,鍋爐房,水處理系統,碾泥機,鑄鐵機,檢、化驗設施,生活福利設施等。
一般地, 高爐生產主體工藝系統與主要的輔助工藝系統分別由不同的控制系統進行控制。主體工藝系統采用三電(電氣, 儀表, 計算機) 控制一體化程度較高的分布式控制系統進行集中控制、監視和操作; 主要的輔助工藝系統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) 系統進行控制、監視和操作。主體工藝自動控制系統與輔助工藝PLC(DCS)或繼電器(模擬儀表) 系統之間通過數據通信接口或I/ O 模件接線方式進行通信。本文僅對高爐生產主體工藝自動控制系統的各個設計階段、內容,進行總結和介紹。
2 自動控制系統的組成及應用功能層次
高爐自動控制系統通常由常規檢測儀表、電氣傳動系統及以計算機為主體設備的分布式控制系統共同組成。自動控制系統在系統應用功能上由4 級組成。第1 級為現場檢測和傳動級, 主要對工藝生產現場進行檢測和驅動; 第2 級為基礎自動化級, 主要完成生產過程的數據采集和初步處理, 數據顯示和記錄, 數據設定, 生產操作,執行對生產過程的連續調節控制和邏輯順序控制; 第3 級為過程監控級, 主要完成生產過程操作指導, 作業管理, 模型計算, 數據處理及存儲;系統與裝置第4 級為生產管理級, 主要進行全廠生產信息管理。控制系統采用高速數據總線通信, 并留有與其他生產及管理部門通信的接口。第1 級屬于常規檢測儀表及電氣傳動系統;第2～4 級屬于分布式控制系統。
3 自動控制系統設計階段及主要內容
高爐自動控制系統的設計階段按設計順序可以分為:
(1) 控制系統裝備水平的確定階段;
(2) 分布式控制系統綜合評估階段;
(3) 控制系統初步設計階段;
(4) 控制系統基本設計階段;
(5) 控制系統詳細設計階段;
(6) 控制系統軟件調試階段。
3. 1 控制系統裝備水平的確定階段
主要包括:
3.1.1確定自動控制系統的設計原則
一般地, 設計應本著技術成熟, 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的基本組成
分布式控制系統主要由控制站單元、操作顯示站單元以及數據通信總線組成。各站點單元由數據通信總線聯結在一起組成控制系統, 并通過數據通信總線進行相互間的通信,實現系統內部的數據共享。
3.1.3 確定自動控制系統的應用功能層次, 并提出各個應用功能層次上對系統硬件和軟件的基本要求
在進行應用功能層次劃分時,現場檢測、傳動級和基礎自動化級是必需的;至于過程監控級和信息管理級,則應根據工程項目的資金情況及用戶的生產管理水平決定取舍。
3.1.4提出自動控制系統的合理控制范圍及主要控制和管理功能
一般地, 高爐生產主體工藝系統宜納入控制范圍。
3.1.5 推薦幾種典型的分布式控制系統構成方案
高爐自動控制上所應用的分布式控制系統, 一般按對電氣邏輯順序控制功能與儀表連續調節控制功能的不同側重分為兩類: 一類是電氣邏輯順序控制功能與儀表連續調節控制功能均由同一類型控制器進行控制的全DCS 控制系統,如美國西屋(Westinghouse) 公司的OVATION 控制系統, 德國西門子公司的PCS7 控制系統等; 另一類是電氣邏輯順序控制功能與儀表連續調節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, 如由美國霍尼韋爾公司的儀表連續調節控制器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,由日本橫河公司的儀表連續調節控制器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等。
3.1.6提出國內外設備分交意見。
3.1.7進行自動控制系統投資估算。
3. 2 分布式控制系統綜合評估階段
主要從以下幾個方面對用戶認可的幾種系統構成方案進行綜合評估和比較,選出在技術性能、使用性能、可靠性等方面均比較出色的控制系統。
(1) 對控制系統控制站單元的技術性能進行評估。包括現場數據采集能力及信號隔離措施;輸入及輸出信號處理精度; 內存容量及存儲數據掉電保持時間;模件能否帶電插拔及容錯能力;應用軟件的組態方式。
(2) 對控制系統操作站單元的技術性能進行評估。包括內存容量及CRT 分辨率;實時多任務操作系統的可靠性; 是否具備多種應用支持軟件(如圖形組態軟件, 數據庫管理軟件, 報表生成軟件, 歷史趨勢軟件, 故障報警軟件, 以及系統維護軟件等) ;圖形軟件的組態方式。
(3) 對控制系統通信單元的技術性能進行評估。包括通信網絡結構及網絡控制方式; 通信網絡容量及數據傳輸速率;通信網絡容錯能力。
(4) 對控制系統綜合性能進行評估。包括控制系統的開放性和可擴展性; 是否兼容其它自動化軟、硬件產品;是否很容易地對系統硬件和軟件進行升級;控制系統的可靠性;系統的容錯能力和平均無故障時間是否滿足要求等; 控制系統的經濟性,著重考察系統的性能價格比;控制系統在高爐控制上的的應用業績; 控制系統供應商的售后服務能力。
3. 3 控制系統初步設計階段
主要是以控制系統裝備水平階段確定的原則為依據, 以對分布式控制系統綜合評估后得出的結論為基礎, 并結合工藝實際情況進行控制系統的初步配置。其主要工作內容包括:
(1) 結合工藝及用戶意見確定控制系統控制范圍,分布式控制系統基本構成方案和主要控制、管理功能。
(2) 明確三電專業分工,對三電專業各自應完成的控制及管理功能進行劃分。
(3) 確定系統操作方式。一般有自動、半自動、手動和機旁手動4 種操作方式。
(4) 初步確定常規檢測儀表及電氣傳動系統設備選型。系統與裝置
(5) 初步確定分布式控制系統硬件及支持軟件組成;估算控制系統輸入和輸出點數,初步確定輸入和輸出控制點技術規格及控制點備用量; 確定數據通信總線介質;確定系統的冗余方式。
(6) 確定控制系統電源條件。其中,分布式控制系統一般應考慮不停電電源措施。
(7) 確定控制系統安裝場所。應使控制系統的輸入/ 輸出接口盡量接近控制對象。(8) 確定控制系統抗干擾措施,接地措施。
(9) 確定國內外設備分交范圍。
(10)進行控制系統投資概算
注意: 如果需要從國外引進自動控制系統設備, 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交流和引進談判。
3. 4 控制系統基本設計階段
基本設計階段是自動控制系統設計中最為重要的設計階段。該設計階段主要以控制系統初步設計階段確定的內容為基礎, 對系統硬件和軟件進行總體方面的設計。功能規格書是基本設計階段主要的設計文件,它是系統詳細設計、軟件設計和軟件調試工作的指導性文件。功能規格書的主要內容包括設計<
