DCS控制系統(tǒng)在大型高爐上的應(yīng)用

1、DCS控制系統(tǒng)在大型高爐上的應(yīng)用一、前言上鋼一廠新建2500m3高爐已于1999年10月8日順利點火投產(chǎn),該高爐在自動化控制系統(tǒng)方面充分吸收了國內(nèi)、國外的先進經(jīng)驗,無論在控制系統(tǒng)的構(gòu)成上,在控制功能上,還是在系統(tǒng)操作水平上,都處于當(dāng)今世界先進水平。二、工藝概況高爐年產(chǎn)生鐵175萬噸。有燒結(jié)礦槽5個,塊礦槽5個,雜礦槽4個,小粒度礦槽及小塊焦槽各1個,焦槽5個,采用小粒度礦回收技術(shù)。礦石和焦炭經(jīng)中間料斗,經(jīng)上料皮帶機至爐頂。爐頂為串罐式無料鐘爐頂,采用高壓操作技術(shù),爐頂壓力通過減壓閥組進行調(diào)節(jié)。煤氣清洗采用一級重力除塵(DC和兩級文氏管(VS濕式除塵。高爐有30個風(fēng)口,富氧、加濕送風(fēng),并采用了噴

2、煤(PCI技術(shù)。分南、北雙出鐵場,有3個出鐵口,用260噸魚雷式混鐵車運輸鐵水。用英巴法處理水渣,南、北出鐵場各設(shè)置一套水渣處理系統(tǒng)。有四座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐,采用燃燒余熱回收技術(shù),燃燒高爐煤氣;送風(fēng)方式有單爐送風(fēng)、冷并聯(lián)送風(fēng)、熱并聯(lián)送風(fēng)三種。三、自動化控制系統(tǒng)構(gòu)成高爐采用美國西屋公司的WDPFIIPlus分布式控制系統(tǒng)(DCS進行自動化控制。該控制系統(tǒng)具有以下特點:1、通用性強,開放性好,能兼容不同制造商的自動化設(shè)備(如AB 公司PLC,遵從FF協(xié)議的智能儀表等;并能通過TCP/IP協(xié)議與管理計算機實現(xiàn)通信。2、控制系統(tǒng)所特有的分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),減少了集中式數(shù)據(jù)庫所帶來的風(fēng)險,使用戶能很容易地訪問

3、數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中的每一點包含了該點的全部信息,只要該點在數(shù)據(jù)庫中定義,整個系統(tǒng)均可訪問它。3、與采用PLC+DCS結(jié)構(gòu)形式的控制系統(tǒng)相比較,控制系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)克服了電氣和儀表專業(yè)分工明顯,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,網(wǎng)絡(luò)接口通信速度慢的缺點,使用戶能更有效地利用系統(tǒng)資源,提高了系統(tǒng)的易維護性和控制的實時性,有利于實現(xiàn)三電一體化的目標(biāo)。納入控制系統(tǒng)控制的工藝范圍包括:高爐礦石及焦炭儲備及輸送系統(tǒng),上料系統(tǒng),無料鐘爐頂系統(tǒng),高爐本體系統(tǒng),出鐵場系統(tǒng),煤氣清洗系統(tǒng),熱風(fēng)爐系統(tǒng),水渣系統(tǒng),煤粉制備及噴吹系統(tǒng),并預(yù)留了爐頂余壓發(fā)電(TRT系統(tǒng)的控制設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)在系統(tǒng)功能上由兩級組成。第一級為基礎(chǔ)自動化級,主要

4、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,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。共配置了15臺控制站(DPU,9臺以SUN工作站為硬件平臺的操作員站(其中2臺兼作工程師站,用于系統(tǒng)組態(tài)及軟件維護,1臺帶有37(大屏幕顯示器,配置了5臺打印機和1臺硬拷貝機(分別用于報警信息打印和畫面硬拷貝打印,以及高速數(shù)據(jù)通信總線(WesnetPlus等。每個DPU控制站硬件按冗余方式配置,包括冗余的IntelCPU、分布式數(shù)據(jù)存儲器、通信控制器、電源,以及非冗余的I/O模件(可帶電插拔,輸入接線端子(Half-Shell,輸出繼電器等;軟件包括DPU系統(tǒng)固化支持程序,分布式數(shù)據(jù)庫程序等

5、。每個操作員站硬件包括冗余的分布式數(shù)據(jù)存儲器、通信控制器,以及非冗余的RISCCPU、20(CRT顯示器(帶觸摸屏功能、電源、硬盤、鼠標(biāo)、工程師鍵盤、操作員鍵盤等;軟件包括工程師/操作員系統(tǒng)支持程序,Unix操作系統(tǒng)。操作站之間可互為備用。高速數(shù)據(jù)通信總線(WesnetPlus通信方式為按時間分片進行數(shù)據(jù)廣播的方式,通信介質(zhì)室內(nèi)部分采用同軸電纜,室外部分采用光纖。采用以太網(wǎng)進行文件傳輸,并與其它系統(tǒng)之間通信留有接口。第二級為過程控制級,主要完成生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)設(shè)定、操作指導(dǎo)、作業(yè)管理、控制計算、數(shù)據(jù)處理及存儲。過程控制級共配置了4臺SUN工作站,用于高爐生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)設(shè)定、操作指導(dǎo)、作業(yè)管理、控制計

6、算、數(shù)據(jù)處理及存儲;配置了2臺打印機和1臺硬拷貝機(分別用于報表信息打印和畫面硬拷貝打印;配置了2臺PC終端機,通過調(diào)制-解調(diào)(Modem方式,實現(xiàn)與高爐原燃料供應(yīng)系統(tǒng)(原料場的數(shù)據(jù)通信?？刂葡到y(tǒng)中各單元通過高速數(shù)據(jù)總線WesnetPlus和以太網(wǎng)進行通信。采用不間斷電源裝置(UPS供電,停電保持時間不小于30分鐘?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)置場所圖略可向作者索取。控制系統(tǒng)設(shè)備按不同的控制對象,設(shè)置在相應(yīng)的電氣室或控制室中,個別遠程I/O設(shè)置在現(xiàn)場。四、主要控制功能在分配15臺分布式控制站(DPU的控制功能時,我們打破了傳統(tǒng)按電氣-儀表專業(yè)分工的界限,按照高爐各個工藝組成單元進行分配。各個DPU主要控制

7、功能如下:1、進行礦石儲備及輸送系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理;礦石給料機、振動篩、稱量料斗閘門、礦石輸送皮帶機、轉(zhuǎn)換溜槽等設(shè)備的順序運轉(zhuǎn)控制;礦石稱量方式控制;稱量料斗排料順序控制;礦石輸送皮帶機上原料模擬跟蹤控制;稱量料批管理;設(shè)備故障報警處理等。2、進行焦炭儲備及輸送系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)、稱重和水分數(shù)據(jù)采集和初步處理;焦炭振動篩、焦炭輸送皮帶機、轉(zhuǎn)換溜槽等設(shè)備的順序運轉(zhuǎn)控制;礦石稱量誤差補正控制;焦炭稱量誤差補正控制;焦炭水分補正控制;稱量料批管理;設(shè)備故障報警處理等。3、進行上料系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和初步處理;礦石中間料斗閘門、焦炭稱量料斗閘門、上料皮帶機、上料皮帶機清洗閥等

8、設(shè)備的順序運轉(zhuǎn)控制;爐頂裝料方式控制;裝料方式預(yù)約變更控制;裝料數(shù)據(jù)跟蹤控制;上料皮帶機上原料模擬跟蹤控制;裝料料批管理;設(shè)備故障報警處理等。4、進行高爐本體系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)采集和初步處理。5、進行爐頂系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理;爐頂旋轉(zhuǎn)料罐、上部料閘、上密封閥、均壓閥、排壓閥、下密封閥、料流調(diào)節(jié)閥、密封閥蒸汽加熱閥、布料溜槽、探尺等設(shè)備的順序運轉(zhuǎn)控制;爐頂時序控制;爐頂均排壓控制;爐頂稱量壓力補正控制;布料方式控制;布料定位控制;特殊布料控制;料流調(diào)節(jié)閥自學(xué)習(xí)控制;布料溜槽傾動角度補償控制;設(shè)備故障報警處理等。6、進行高爐本體系統(tǒng)現(xiàn)場壓力、流量數(shù)據(jù)采集和初步處理;爐頂灑水控制。7、

9、爐頂煤氣成分分析;爐喉十字測溫;爐身煤氣成分分析;風(fēng)口及爐身冷卻板檢漏;爐身差壓監(jiān)視及透氣性指數(shù)計算;故障報警處理等。8、進行高爐爐頂及煤氣清洗系統(tǒng)溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)采集和初步處理;風(fēng)口及爐身冷卻板檢漏;爐頂壓力控制;文氏管洗滌器水位控制;文氏管洗滌器煤氣差壓控制;文氏管洗滌器喉口差壓控制;故障報警處理等。9、進行用于熱風(fēng)爐系統(tǒng)換爐控制設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和初步處理;排壓閥、充壓閥、煙道閥、冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、高爐煤氣燃燒閥、高爐煤氣切斷閥、高爐煤氣吹掃閥、助燃空氣燃燒閥、燃燒煤氣放散閥、排壓主閥、煙氣旁通閥、煙氣切斷閥、預(yù)熱空氣切斷閥、助燃空氣旁通閥、預(yù)熱煤氣切斷閥、高爐煤氣旁通閥、熱風(fēng)放散閥

10、、助燃風(fēng)機等設(shè)備的運轉(zhuǎn)控制;送風(fēng)方式控制;換爐控制;設(shè)備故障報警處理等。10、進行熱風(fēng)爐系統(tǒng)燃燒控制溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)采集和初步處理;燃燒控制;送風(fēng)溫度控制;故障報警處理等。11、為TRT預(yù)留。12、進行兩個系列噴吹煤粉的制備系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和初步處理;磨煤機、給煤機、密封風(fēng)機、助燃風(fēng)機、煤粉風(fēng)機、煙道閥、干燥爐放散閥、煤粉輸送機等設(shè)備的運轉(zhuǎn)控制;設(shè)備故障報警處理等。13、進行兩個系列噴吹煤粉溫度、壓力、流量、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理;總管及噴吹量控制;支管及噴吹量控制;總噴煤速率控制;故障報警處理等。14、進行北水渣及北出鐵場系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)、溫度、液位、流量、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理

11、;轉(zhuǎn)鼓過濾器、爐渣輸送皮帶機、粒化泵、粒化水循環(huán)泵、底流泵、加壓泵、擺動溜槽、沖制閥、集水槽回水閥、成品槽水清洗閥、氣控管路閥、事故閥等設(shè)備的運轉(zhuǎn)控制;出渣方式控制;轉(zhuǎn)鼓調(diào)速控制;水渣設(shè)施運行程序控制;設(shè)備故障報警處理等。15、進行南水渣及南出鐵場系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)、溫度、液位、流量、稱重數(shù)據(jù)采集和初步處理;轉(zhuǎn)鼓過濾器、爐渣輸送皮帶機、?；?、?；h(huán)泵、底流泵、加壓泵、擺動溜槽、沖制閥、集水槽回水閥、成品槽水清洗閥、氣控管路閥、事故閥等設(shè)備的運轉(zhuǎn)控制;出渣方式控制;轉(zhuǎn)鼓調(diào)速控制;水渣設(shè)施運行程序控制;設(shè)備故障報警處理等。五、軟件編制軟件編制在工程師站上進行。編制完成的程序通過工程師站分別下裝

12、到控制站和操作站中。由于數(shù)據(jù)庫是控制系統(tǒng)的核心,軟件編制開始前必須先完成數(shù)據(jù)庫的定義。只有在數(shù)據(jù)庫中有定義的點,才能在軟件編制過程中被引用。運用梯形圖、回路圖和控制算法進行組合的方式編制控制站程序。每一幅梯形圖、回路圖以及每一個控制算法中的控制點都可以通過自己在系統(tǒng)中的唯一點名,與其它控制調(diào)節(jié)回路、控制算法、以及操作站畫面進行鏈接。控制系統(tǒng)運用基于AutoCAD的圖形編輯器(GraphicsBuilder進行畫面程序的編制。在開放式AutoCAD環(huán)境下,以對話窗口的方式,利用系統(tǒng)標(biāo)準的或用戶自定義的圖形庫、顏色庫、線型庫、填充型式來生成圖形畫面。生成的畫面圖形文件以AutoCAD的文件格式儲存

13、在硬盤上,需編譯成系統(tǒng)標(biāo)準格式后,才能下裝到操作站中。六、控制方式控制系統(tǒng)主要控制方式有自動,手動,非常手動,現(xiàn)場四種。1、自動控制方式控制系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的生產(chǎn)方案,自動完成所有控制及監(jiān)視功能。2、在手動控制方式 控制系統(tǒng)按照操作員在 CRT 操作站上發(fā)出的操作指令，逐步完成所 有控制及監(jiān)視功能。 3、非常手動 用于高爐休風(fēng)操作，控制系統(tǒng)不參與控制與操作，操作員在緊急操 作臺上發(fā)出操作指令，通過繼電器回路完成休風(fēng)操作過程。 4、現(xiàn)場控制方式 控制系統(tǒng)不參與控制與操作， 操作員在現(xiàn)場操作箱上發(fā)出操作指令， 通過繼電器回路完成控制及監(jiān)視功能?，F(xiàn)場控制方式主要用于設(shè)備檢修 與調(diào)試。 七、操作方法及

14、畫面類型 操作人員在控制室通過操作站對各工藝系統(tǒng)進行集中操作和監(jiān)視。 操作人員用鍵盤移動光標(biāo)或通過鼠標(biāo)，點擊畫面上各工藝系統(tǒng)或設(shè)備操 作激活區(qū)，彈出操作子畫面窗口，按操作提示進行生產(chǎn)操作。一臺 操作站上可以同時監(jiān)控 4 幅不同的畫面，畫面之間可通過菜單畫面或直 接鏈接實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換。 除上述在操作員站上進行的全 CRT 操作方法以外，在高爐中控室設(shè) 有爐頂及熱風(fēng)爐緊急操作臺，以備高爐停電、控制系統(tǒng)故障、緊急休風(fēng) 時的應(yīng)急處理。緊急操作臺為安裝有操作按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)及信號燈的常 規(guī)操作臺。進行緊急操作時，在操作員站上進行的操作無效。主要畫面 類型有： 1、菜單畫面 2、系統(tǒng)總體監(jiān)視畫面 3、系統(tǒng)局部

15、監(jiān)視畫面（含操作子畫面） 系統(tǒng)局部監(jiān)視畫面（含操作子畫面） 4、系統(tǒng)選擇畫面 5、設(shè)定畫面 控制回路顯示畫面 含設(shè)定值過程變量輸出值的棒圖及數(shù)值 （ 6、 控制回路顯示畫面 含設(shè)定值過程變量 顯示） 顯示） 7、動態(tài)趨勢顯示畫面（含實時的和歷史的） 動態(tài)趨勢顯示畫面（含實時的和歷史的） 8、報警畫面 9、設(shè)備運行維護畫面 10、 10、操作指導(dǎo)畫面 八、系統(tǒng)抗干擾措施 高爐各個工藝單元分布較廣，現(xiàn)場干擾源較多。為保證控制系統(tǒng)的 正常運行，避免因外界干擾引發(fā)設(shè)備的誤動作及系統(tǒng)站點通信中斷的 掉站現(xiàn)象，我們在設(shè)計中非常注意外界干擾可能對系統(tǒng)運行帶來的影 響。具體措施有： 1、控制系統(tǒng)采用隔離變壓器供電，減少電氣噪聲。 控制系統(tǒng)采用隔離變壓器供電，減少電氣噪聲。 2、設(shè)置單獨的接地系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)機柜與安裝構(gòu)件絕緣，做到系 設(shè)置單獨的接地系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)機柜與安裝構(gòu)件絕緣， 統(tǒng)接地與工廠常規(guī)接地嚴格