ControlLogix系統在濟鋼高爐生產中的應用

摘要： 本文介紹ControlLogix系統及其濟鋼一煉鐵車間的成功應用，并展望其發展。
一、概述
今天，全球知名的工業自動化動力、控制和信息系統解決方案供應商羅克韋爾自動化的集成架構產品和解決方案已經在冶金、電力、水處理、乳品飲料、煙草、水泥、石化、礦山、汽車制造等各個行業得到成功的應用和廣泛的認同，其控制系統、軟件、變頻器在冶金各工藝生產中的應用舉不勝數。濟鋼2#、3#1750m3高爐槽下，爐頂，水處理，熱風爐，爐本體，原燃料等系統全部采用了ControlLogix系統，工程于2005年9月18日順利投產。
近年來，隨著煉鐵高爐自動化程度的提高，隨著生產安全性、可靠性要求的提高，隨著全廠調度管理網絡自動化的提高，先進的、開放的控制系統在生產中得到越來越廣泛的應用。
二、系統簡介
2．1．控制系統配置
整個工程共包括原燃料、槽下配料、無鐘爐頂、熱風爐、凈環、濁環、渣處理、出鐵場除塵以及高爐煤氣清洗和TRT子系統。主要設備為1750m3高爐一座、頂燃式熱風爐三座、爐頂為串罐式無料鐘結構。本工程的自動化設計由濟南鋼鐵公司設計院設計完成，應用兩級自動化控制實現高爐的自動化控制。整個高爐基礎自動化系統由電氣和儀表系統組成，主要功能完成對從原燃料上料、槽下配料、無鐘爐頂布料、煤粉制備噴吹以及爐體水冷和凈環、濁環系統等生產過程進行數據采集、順序控制、連續控制、監控操作、人機對話和數據通信（包括接受過程自動化系統的設定值和發送實際過程數據給過程自動化系統）。采用電儀一體化（電氣、儀表共用）的PLC控制系統、HMI人機界面、控制軟件及相關的環型工業以太網組成。
控制系統聯接網絡共有四層：1.設備網（DeviceNet）；2.控制網（冗余ControlNet）； 3.工業以太網（EtherNet/IP）。
現場設備聯接的設備網有DeviceNet，如探尺編碼器，第三方設備如MODICON的PLC通過位于本體的第三方通訊模塊經過以太網進行通訊。
各子系統PLC主機與RIO分站之間以冗余的ControlNet網通訊，保證系統網絡的安全、穩定性。
整個高爐區域通過光纖連接成一個100M TCP/IP 工業以太網，2#、3#高爐各子系統及公用部分的PLC、操作站、服務器之間采用工業以太網（EtherNet/IP）連為一體，實現PLC、操作站、服務器數據共享、實時交換。其中高爐的原燃料、槽下、無鐘爐頂、爐體水冷、高爐軟水密閉循環、熱風爐等對于高爐連續生產相對比校重要的子系統鏈接成環形工業以太網，其他輔助系統如煤粉噴吹子系統，渣處理、高爐干法除塵等子系統子系統成樹型拓撲結構連接在環形以太網上。所有鏈接在網絡上的服務器、操作站、PLC處理器都有相應的地址規劃，并保留了一些地址用于以后的擴建如圖所示。

高爐服務器采用DELL中高端配置服務器。HMI服務器、域控制器操作系統平臺為Windows2003。操作站采用西門子工控機，其操作系統平臺為WindowsXP，操作站上位監控軟件為監控軟件使用Rockwell Automation公司的RSView SE，從各級設備中采集數據、并分配到整個系統，以實現生產過程的實時監控，同時具備歷史數據存儲、報警、統計、報表打印等功能。
2．2．控制系統特點
ControlLogix控制器平臺是將高速離散控制、過程控制、協調傳動控制、運動控制、批次控制和安全控制融于一體的一個控制平臺。允許混合使用多個處理器、多種網絡和I/O。系統靈活性強、易于集成、模塊化設計、開放式結構，特有的升級固件，使得系統在應用中功能強大、安全可靠，而且極大地節省培訓費用和工程實施費用。
ControlLogix在濟鋼高爐自動化控制中應用的技術，具有下述特點：
1、控制器：每臺Logix5555控制器最大尋址量128000點DI/O，4000點AI/O及回路。ControlLogix平臺通過背板提供了高速數據傳輸。各控制器能產生(廣播)和使用(接收)系統標簽，這種技術使得多個控制器共享輸入信息和輸出狀態，非常實用?？刂破鞑捎?756-L55M16：帶有7.5M內存，位執行時間為0.08μs,支持浮點運算及快速事件處理，適用于大規模、復雜控制過程的編程需求。I/O擴展方式靈活，能適應多分站、遠距離的結構。支持控制器冗余，在槽下配料，爐頂控制等重要環節采用處理器冗余提高了系統的可靠性，具有與controlNET、Ethernet/IP、DeviceNET、DH+、RS-232（DF1）、DH-485通訊功能。
2、1756系列智能I/O模塊：I/O模塊種類繁多，可拆卸端子，具有帶電拔插、分變則報(COS)、自診斷、時間標記、模塊標識、閃存升級、電子保險、單獨隔離等功能。模塊廣播數據的速率可設定。
3、網絡設置：網絡分層、分工明確、安全可靠?？刂凭WControlNet冗余、開放、高速、實時、對等傳送數據信息，ControlNet能夠可靠預測數據何時發送，具有高度的確定性。設備網DevicelNet，是一種開放式的底層通用網絡，基于標準的CAN技術，具有互操作性。成本及維護費用低。
2．3．控制系統主要功能及效果
整個系統可以實現原燃料輸送、槽下配料、無鐘爐頂控制、熱風爐換爐控制、凈環水處理、濁環水處理、渣處理、出鐵場除塵等工藝的生產參數的在線檢測、數據處理運算、顯示、存儲、管理、控制輸出、記錄操作過程等功能。程序全自動時，設備由計算機控制，操作人員可通過人機對話修改設定值、可直接控制設備運行。大大減小了控制室監控人員的勞動強度。槽下配料，無鐘爐頂控制是煉鐵工藝中比較復雜的工藝對象，在濟鋼高爐控制系統中通過一些創新的程序處理，使這些工藝對象控制得非常理想。
三、結語
先進的控制系統是一個現代化工廠的標志，對于企業有著深遠的社會效益和經濟效益。ControlLogix系統在濟鋼高爐一煉鐵車間的成功使用，為濟鋼節約了能源、降低了成本、減少了操作人員，提高了生產的安全性，提高了產品的合格率、生產率。本系統自投運以來情況良好，畫面清晰，易于維護，便于操作。根據工藝要求實現設備相互連鎖，利于設備的啟停及運行操作；利于系統操作和工藝參數的修改；完整的故障信息報表可及時發現系統的某一環節故障，減少系統的故障停機時間。保障生產順利進行，提高了監控與管理水平。3#1750高爐自2005年9月18日投產后，在較短的時間內,各項生產指標較快地達到設計要求。