湘鋼轉爐基礎自動化的實現

　　一、前言

　　湘鋼二煉鋼廠從1995年建廠，1996年第一座轉爐投產，2000年第三座轉爐投產，到2003年12月轉爐四號一次除塵風機(備用風機)煤氣回收投運。湘鋼轉爐生產系統，八年內走過了從小到大、從小到全的發展過程。而基礎自動化控制水平、裝備水平也隨著它的發展得到提升。控制設備由德國西門子公司的TI系列控制器+PCS操作站到德國西門子公司的S7系列控制器+WinCC操作站。控制網絡由該公司的H1工業以太網一一粗纜總線網到光纖環網。本文主要介紹控制系統逐步改造擴建成功的實例。

　　二、控制范圍

　　眾所周知，轉爐生產基礎自動化控制范圍主要包含轉爐本體、汽化冷卻、一次除塵風機，能源介質部分，而散料上料、混鐵爐、鐵合金控制可不在同一個控制網上。

　　1)轉爐本體系統：爐體傾動、氧槍控制、頂底復吹(只三號轉爐有)、配料下料、賤渣護爐、氮封、自動開關氧/氮。

　　2)汽化冷卻系統：汽包水位自動調節、畜熱器控制、軟水箱控制、循環水泵控制、能源介質。

　　3) -次除塵風機(共四臺，三開一備)：風機自動升/降速、風機保護(油溫，振動|傾斜傳感器)、RD閥控制、自動水沖洗、潤滑油控制、煤氣自動回收、氮氣捅針、備用風機選擇。

　　因轉爐生產環境惡劣，在整個轉爐生產現場沒有安裝現場操作臺(箱)，要求各系統的操作人員均在人機界面上選擇自動，手動并實現對生產現場設備的控制(自動用于生產，手動用于檢修)。同時通過人機界面可監視各工藝參數、工藝流程、工藝設備運行狀態，提高工藝設備運轉率。便于急時發現各異常情況，利于控制產品的產量和質量，降低生產成本。

　　基礎自動化控制系統完善與改建是分幾個階段完成的，見表1。

　　表1 基礎自動化控制系統建設時間與項目

　　以上二十幾臺控制器、操作站可經過H1網自由交換數據、傳遞信息，各控制器分別完成各自系統的生產工藝邏輯控制、設備狀態控制和工藝參數控制。各操作站分配適當的操作密碼，分別實現對應工藝設備的操作、PID參數調整、控制參數給定及監視工藝參數、設備狀態，產生報警和生產報表，也可實現對其他工藝參數、工藝設備狀態進行監視，并可對部分工藝設備進行操作。同時在H1網絡上配置了一臺工藝參數采集機，能非常方便地將各種工藝參數、工藝設備運行狀態、操作工的操作過程上傳到二級計算機系統中，做為生產調度管理網的原始數據。

　　三、H1網

　　西門子H1網是一種符合IEEE802.3和IEEE802.3U標準的工業以太網， 網絡采用的介質不同傳輸速率有100Mbit/s和10Mbit/s兩種。轉爐生產控制網絡經我們多次改進，用光纖把五個主控操作室串在一起構成網絡主線，網絡結構有以下特點(見圖1)

　　1)網絡主線采用光纖環網傳輸速率達100Mbit/s，其他采用總線型和星形方式。當一根光纖出現故障時，系統仍然能正常工作。

　　2)五個主控室各安裝一個德國西門子公司的OSM 10Mbit/100M自適應的光電轉換器。每個有兩對BFOC光纖端口，六個9針SUB-D接口用于連接ITP電纜，配有發光二極管指示光纖和ITP電纜狀態。一個OSM損壞只影響連接在該OSM上的設備，不影響連接在其他OSM上的設備。

　　3) TI控制器、PCS操作站采用帶AUI端口的網卡，網絡系統中仍然保留了部分總線結構(在一次除塵風機主控室、汽化冷卻主控室內)。

　　4)用ELM把帶有AUI端口的設備連接到OSM上。

　　5)于控制轉爐傾動、氧槍升降的控制器同用于控制基礎自動化部分的控制器進行硬點連接且 Dl-DO連接。使保護動作更快速。

　　四、控制特點

　　湘鋼二煉鋼廠根據生產工藝流程把1#、2#、3#轉爐劃分在轉爐車間管理，設三個主控操作室，分別控制三個轉爐的冶煉生產。把一次除塵風機、汽化冷卻劃分在環保車間管理，設兩個主控操作室，分別控制轉爐冶煉附助設備的生產。設備配置有如下幾個特點：

　　1)轉爐2臺操作站互為備用，風機的4臺操作站互為備用，汽化冷卻的2臺操作站互為備用。

　　2)操作站除了能監控自己本身的控制設備外，也能監視其他控制設備的狀態、工藝參數，如：在1#轉爐的操作站上能看到2#轉爐的生產狀態，也可看到汽化設備、風機設備的狀態。

　　3)控制站就地安裝的原則，轉爐RD閥、氮氣捅針控制I/O模塊安裝在轉爐PLC站中，環保車間可在風機操作室通過操作站實現自動、手動操作，達到就地控制、遠程操作的目的。

　　4) -個光纖環網上，分別接有西門子TI系列PLC、S7系列PLC、PCS(UNIX平臺)操作站、 WinCC操作站，采用表2中的網卡。

　　表2西門子控制器、操作站網卡支持的協議

　　要實現各工藝參數自由交換，重點和難點是怎樣解決TI控制器與S7控制器之間及TI控制器與 WinCC操作站之間的通訊問題。

　　五、網絡通訊

　　從表2可看出采用的幾種西門子網卡都支持國際標準的ISO，一種7層協議層的模型，一種開放式通訊模型，它可分為兩部分：①面向傳輸的協議(1—4層);②面向應用于的協議(5—7層)。

　　TI、H1網網卡、CP1413TF和S7 H1網網卡、CP443-1、CP343-1的通訊原理都基于ANSI/IEEE std802.3以太網協議，分別提供兩種通訊服務。

　　CP1434TF：

　　1)在ISO第四層的對等數據傳輸服務用于各PLC之間進行快速高效的數據交換，有 Send/Receive Peer Date Transter通訊。

　　2)在ISO第7層應用層的TF服務，用于PLC和監控站之間進行數據交換。

　　CP443-1、CP343-1：

　　1) S7通訊服務：用于編程器、監控站、S7系列PLC之間進行通訊。

　　2) SIMATIC通訊服務：在ISO第四層的數據傳輸層通過TCP/UDP使用Send/Receive進行通訊。

　　下面就TI系列和S7系列PLC之間的通訊做進一步說明：

　　CP1413TF、 Send/Receive Peer Date Transter特性：

　　兩個PLC之間通過程序建立握手聯鎖關系，Send方定義發送數據，Receive方定義接收數據，雙方都通過程序觸發通訊。

　　首先要在CP1434TF網卡H1網配置程序Peer服務欄中增加一個Send和一個Receive Job，并分配好程序的觸發位、傳送地址等，再在控制程序中編制Job的觸發程序。

　　CP443-1、CP343-1特性：

　　S7中提供了特定的傳輸模塊，AG-SEND FC5、AG-RECV FC6用于傳輸數據≤240字節，AG-L SEND FC50、AG LRECV FC60用于傳輸數據≥240字節。

　　首先，在STEP7的Ethernet配置中增加一個用戶并指定相應的MAC地址;第二，S7-400連接表中選用ISO、transport connection連接類型;第三，在S7-400中編寫觸發程序，可采用 AG-SEND FC5和AG-RECV FC6功能。

　　六、結束語

　　轉爐系統H1網絡從粗纜改進為光纖環網，網絡速度加快，可靠性增加，為二煉鋼廠3座80噸轉爐年產鋼300萬噸，并為實現負能耗煉鋼創造基本條件。因網絡是逐步改造完成的，所以一個網絡上有新舊設備共同運行，本人認為要注意兩個問題：

　　1)新、舊設備在一個網絡系統中要支持相同的通訊協議，但可利用不同通訊層次。

　　2)用新設備如“網卡”代替舊設備時要注意它所支持的操作系統是否相同，它所連接的電纜是否一樣。