216-750-BX現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS在酒鋼（集團(tuán)）煉鋼廠自動(dòng)化控制中的應(yīng)用
酒鋼（集團(tuán)）宏興煉鋼二工序自動(dòng)化控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用
根據(jù)酒鋼泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司“十五”發(fā)展規(guī)劃，擬新建200萬(wàn)t熱軋薄板工程，采用高爐鐵水¾鐵水預(yù)脫硫處理¾頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐¾鋼水二次精煉¾薄板坯連鑄連軋或中厚板坯連鑄機(jī)的先進(jìn)生產(chǎn)工藝流程，新增200萬(wàn)t熱軋薄板。按照酒鋼總體發(fā)展規(guī)劃，酒鋼將形成總體年產(chǎn)400萬(wàn)t鋼規(guī)模，現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)已達(dá)年產(chǎn)200萬(wàn)t綜合能力；由于現(xiàn)有老系統(tǒng)改造受到諸多因素限制，難以適應(yīng)將來(lái)的發(fā)展及品種鋼生產(chǎn)要求，根據(jù)酒鋼新增200萬(wàn)t熱軋薄板工程鐵鋼項(xiàng)目要求，老系統(tǒng)適當(dāng)縮小生產(chǎn)能力，新增200萬(wàn)t熱軋薄板工程項(xiàng)目與老系統(tǒng)（一煉鋼車間）改造統(tǒng)一考慮。本設(shè)計(jì)煉鋼連鑄車間綜合考慮，煉鋼擬建轉(zhuǎn)爐煉鋼—精煉—薄板坯連鑄連軋兩條生產(chǎn)線，年產(chǎn)～204萬(wàn)t合格薄板坯供給軋機(jī)生產(chǎn)板材，另建轉(zhuǎn)爐煉鋼—車間。酒鋼200萬(wàn)噸熱軋薄板工程鐵鋼項(xiàng)目煉鋼轉(zhuǎn)爐工程按照一次性總體設(shè)計(jì)，2005年陸續(xù)建成投產(chǎn)原則進(jìn)行。本工程設(shè)計(jì)范圍為煉鋼主廠房墻皮1m內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)施，主要包括：1座1300t混鐵爐,2套鐵水脫硫裝置，3座120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，3座120t LF精煉爐及其車間內(nèi)配套的公輔設(shè)施，轉(zhuǎn)爐車間及常規(guī)板坯連鑄車間主廠房及其吊車。
副原料上料系統(tǒng)，轉(zhuǎn)爐一次除塵系統(tǒng)，轉(zhuǎn)爐二次除塵系統(tǒng)，LF精煉爐及鐵合金加料系統(tǒng)、混鐵爐及鐵水脫硫的除塵系統(tǒng)包含在本工程范圍內(nèi)。煉鋼配套設(shè)施主要有：10kV開關(guān)站、車間供配電中心、電氣室、通風(fēng)除塵設(shè)施、汽化冷卻設(shè)施、車間內(nèi)機(jī)修設(shè)施、廠內(nèi)電訊、檢化驗(yàn)設(shè)施、土建工程等。
整個(gè)煉鋼車間的自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)分成2級(jí)，基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1及過(guò)程控制級(jí)L2，并包括了部分生產(chǎn)調(diào)度和信息管理功能。
三電一體化的控制系統(tǒng)對(duì)混鐵爐、鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐、LF爐的過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和控制，通過(guò)軟件組態(tài)編程實(shí)現(xiàn)適用于過(guò)程控制所必要的全部監(jiān)控功能。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（混鐵爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、LF爐）、分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度和信息管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。通過(guò)數(shù)臺(tái)服務(wù)器、PC終端、打印機(jī)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備組成煉鋼廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)局域網(wǎng)，使煉鋼廠信息數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)煉鋼廠信息數(shù)據(jù)不落地傳遞。本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)通信的硬件交接點(diǎn)為本系統(tǒng)的中心交換機(jī)端口處。留有與連鑄系統(tǒng)、生產(chǎn)指揮中心等的軟、硬件接口和交易中心的硬件接口。三電控制系統(tǒng)使用CRT畫面進(jìn)行操作監(jiān)視和管理。數(shù)據(jù)采集、控制用I/O數(shù)量留有10%—15%富裕量。
基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由PLC、操作員終端（HMI）、工程師站、打印機(jī)、控制總線、現(xiàn)場(chǎng)總線及I/O等設(shè)備組成。基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)主要具有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程回路控制、設(shè)備順序控制、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)操作監(jiān)視、故障報(bào)警等功能。每個(gè)子系統(tǒng)由一臺(tái)或多臺(tái)PLC控制器、HMI操作站及數(shù)據(jù)通訊總線組成，且各主工藝控制系統(tǒng)與二級(jí)過(guò)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信。
煉鋼電氣系統(tǒng)采用全交流傳動(dòng)，有變頻調(diào)速和不調(diào)速兩種方式。轉(zhuǎn)爐氧槍和轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)采用矢量控制變頻器，對(duì)一般調(diào)速要求設(shè)備，采用V/F控制變頻器，對(duì)不調(diào)速方式采用全壓起動(dòng)。操作方式設(shè)手動(dòng)操作方式、半自動(dòng)方式和自動(dòng)操作方式。主工藝線上設(shè)備采用PLC控制方式；線外設(shè)備及個(gè)別輔助設(shè)備采用接觸器-繼電器控制方式。
自動(dòng)化儀表采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制。混鐵爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、LF爐的現(xiàn)場(chǎng)儀表采用現(xiàn)場(chǎng)總線通訊方式將信號(hào)送至基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控。選用智能儀表測(cè)量壓力、流量、溫度、料位等過(guò)程變量。儀表供電來(lái)自于電氣的配電系統(tǒng), 儀表的電源電壓為單相交流220V 50HZ。對(duì)重要控制回路，儀表設(shè)備設(shè)置在線UPS電源，儀表氣源單獨(dú)設(shè)計(jì),按照酒鋼要求采用氮?dú)猓瑲庠磯毫?.6MPa~0.8MPa。主要儀表監(jiān)控畫面有：運(yùn)轉(zhuǎn)條件檢查畫面、整體監(jiān)控畫面、運(yùn)行監(jiān)視畫面、生產(chǎn)管理畫面、參數(shù)設(shè)定畫面、控制回路畫面、實(shí)時(shí)及歷史趨勢(shì)畫面、報(bào)警總覽畫面等。具有安全聯(lián)鎖及報(bào)警、過(guò)程信息記錄及報(bào)表等功能。鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉爐等各項(xiàng)設(shè)施的檢測(cè)控制項(xiàng)目詳見有關(guān)章節(jié)說(shuō)明。
過(guò)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制范圍從主原料、副原料進(jìn)入本煉鋼廠開始，經(jīng)鐵水脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF爐精煉為止。主要完成生產(chǎn)計(jì)劃的接收和管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)收集、數(shù)學(xué)模型計(jì)算、物流跟蹤、數(shù)據(jù)設(shè)定、生產(chǎn)報(bào)表打印及數(shù)據(jù)通信等功能。每個(gè)子系統(tǒng)由服務(wù)器和PC機(jī)、打印機(jī)以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成, 各個(gè)子系統(tǒng)分別與各子系統(tǒng)的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)相連，并相互連網(wǎng)，可互相通信。本系統(tǒng)預(yù)留與上一級(jí)管理機(jī)接口。
1. 現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的位置 一個(gè)典型的工廠自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該是三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。基于現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP/PA控制系統(tǒng)位于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的底層，即現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS是面向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。如下圖3-1所示：
圖3-1：PROFIBUS是面向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)
(1) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：主要功能是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、開關(guān)設(shè)備等，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制；如一臺(tái)加工設(shè)備控制、一條裝配輸送線或一條生產(chǎn)線上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連鎖控制。主站（PLC、PC機(jī)或其它控制器）負(fù)責(zé)總線通信管理及所有從站的通信。總線上所有設(shè)備生產(chǎn)工藝控制程序存儲(chǔ)在主站中，并由主站執(zhí)行。(2) 車間監(jiān)控層：車間級(jí)監(jiān)控用來(lái)完成車間主生產(chǎn)設(shè)備之間的連接，如一個(gè)車間三條生產(chǎn)線主控制器之間的連接, 完成車間級(jí)設(shè)備監(jiān)控。車間級(jí)監(jiān)控包括生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)控、設(shè)備故障報(bào)警及維護(hù)等。通常還具有諸如生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度等車間級(jí)生產(chǎn)管理功能。車間級(jí)監(jiān)控通常要設(shè)立車間監(jiān)控室，有操作員工作站及打印設(shè)備。車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可采用PROFIBUS-FMS，它是一個(gè)多主網(wǎng)，這一級(jí)數(shù)據(jù)傳輸速度不是最重要的，而是要能夠傳送大容量信息。(3) 工廠管理層：車間操作員工作站可通過(guò)集線器與車間辦公管理網(wǎng)連接，將車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)送到車間管理層。車間管理網(wǎng)作為工廠主網(wǎng)的一個(gè)子網(wǎng)。子網(wǎng)同過(guò)交換機(jī)、網(wǎng)橋或路由等連接到廠區(qū)骨干網(wǎng)，將車間數(shù)據(jù)集成到工廠管理層。如下圖3-2所示。
圖3-2
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