霍尼韋爾的Experion PKS在鞍鋼高爐的應(yīng)用

• 關(guān)鍵詞： 高爐 PKS 以太網(wǎng)
• 摘要：主要介紹了霍尼韋爾公司的Experion PKS在鞍鋼新2#高爐的開發(fā)應(yīng)用，分析了系統(tǒng)構(gòu)成,通信結(jié)構(gòu)及該系統(tǒng)的功能特點。同時以爐頂控制系統(tǒng)為例說明了DCS系統(tǒng)的具體功能開發(fā)應(yīng)用。

摘要：主要介紹了霍尼韋爾公司的Experion PKS在鞍鋼新2#高爐的開發(fā)應(yīng)用，分析了系統(tǒng)構(gòu)成,通信結(jié)構(gòu)及該系統(tǒng)的功能特點。同時以爐頂控制系統(tǒng)為例說明了DCS系統(tǒng)的具體功能開發(fā)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高爐；PKS；以太網(wǎng)；TCP/IP；

Abstract:Development application of DCS system from Honeywell Company in in New NO.2  blast furnace of Anshan Iron and Steel Group is introduced.System constitution ,communication structure and function feature of the system are analyzed.Taking the control system of the top of blast furnace as an example ,development and application of particular function for DCS system.

Key words:blast furnace;PKS;Ethernet;TCP/IP;

1引言
        鞍鋼新2號高爐有效容積3200M3，為了滿足控制和管理的需要以及自動化系統(tǒng)設(shè)備的合理性和經(jīng)濟性，本高爐自動化系統(tǒng)采用DCS自動控制系統(tǒng)，并預(yù)留上級計算機數(shù)據(jù)通訊的接口。根據(jù)工藝的情況及其控制要求,我們選用Honeywell公司全新的功能強大的Experion Process Knowledge System(PKS)控制系統(tǒng),對鞍鋼新2#高爐系統(tǒng)進行監(jiān)視與控制,使高爐得以安全穩(wěn)定的生產(chǎn),并能迅速達到或超過設(shè)計指標(biāo),為鞍鋼創(chuàng)造更大的效益。

        PKS系統(tǒng)作為HONEYWELL公司最新推出的開放型控制系統(tǒng)，以WINDOWS2000為操作系統(tǒng)，包含了最新設(shè)計的混合型控制器（HYBRID CONTROLLER）CPM和實時控制網(wǎng)（CONTROLNET）以及高級的工程工具和應(yīng)用軟件包，成為新一代系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2系統(tǒng)要求
2.1系統(tǒng)的可靠性
        為了保證高爐安全、連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，控制站的電源、CPU、網(wǎng)絡(luò)通信接口模件、操作員站的網(wǎng)絡(luò)通信接口模件、實時數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)接口均冗余配置，所有控制站控制模件可帶電插拔；操作員站可互為備用。

2.2系統(tǒng)的操作性
        為了便于高爐生產(chǎn)過程的操作管理，采用多窗口CRT操作站進行生產(chǎn)過程的顯示、設(shè)定、操作、報警。各CRT操作站的配置對應(yīng)工藝設(shè)備對象，互為備用，面向生產(chǎn)操作。

2.3系統(tǒng)的維護性
        系統(tǒng)具有很強的自診斷功能，自動向操作維護人員指示故障點及故障原因，以便操作人員在帶電狀態(tài)下進行維護，縮短系統(tǒng)故障恢復(fù)時間，不影響生產(chǎn)操作的正常運行。

2.4系統(tǒng)的開放性
        系統(tǒng)具有很好的開放性，以便于與相關(guān)的其他計算機連接進行數(shù)據(jù)通信。

2.5系統(tǒng)的擴展性
        采用快速以太網(wǎng)，可以方便地增加控制站、工作站，以適應(yīng)擴大系統(tǒng)的功能和控制管理范圍的需要。

3 PKS系統(tǒng)配置
        對新2號高爐主工藝的三電自動化控制系統(tǒng)特點的分析已經(jīng)知道，納入三電一體化自動控制系統(tǒng)進行控制和監(jiān)視的主工藝流程包括：高爐礦焦槽及上料系統(tǒng)；無料鐘爐頂系統(tǒng)；熱風(fēng)爐及余熱回收系統(tǒng)；高爐本體及出鐵場系統(tǒng)；煤氣清洗系統(tǒng)；其中電流4—20MA模擬量輸入點533個，熱電偶T/C模擬量輸入點815個， 熱電阻RTD模擬量輸入點140個，電流4—20MA模擬量輸出點146個，數(shù)字量（DI）輸入點1905個，數(shù)字量（DO）輸出點634個，總的I/O點數(shù)為4173個，為了考慮系統(tǒng)升級及I/O點的損壞情況，系統(tǒng)配置時有20%的余量，實際配置I/O點總數(shù)為5136個。

        新2號高爐主工藝控制系統(tǒng)在系統(tǒng)功能上由二級組成，即：基礎(chǔ)自動化級和過程控制級，如圖1所示。
基礎(chǔ)自動化級完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集和初步處理，數(shù)據(jù)顯示和記錄，數(shù)據(jù)設(shè)定和生產(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，主要由六臺控制站，一個遠程I/O控制站，九臺以工業(yè)PC機為硬件平臺的操作員站，二臺工程師站，二臺服務(wù)器，CONTROLNET網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)連接裝置，以及打印機等設(shè)備組成。
過程控制級完成生產(chǎn)過程的操作指導(dǎo)、作業(yè)管理、模型計算、技術(shù)計算、數(shù)據(jù)處理、編制各種生產(chǎn)報表、存儲、留有與其它計算機進行數(shù)據(jù)通信的接口，主要由二臺過程計算機服務(wù)器，二臺PC客戶機（操作終端），一臺歷史站服務(wù)器，打印機共同組成。服務(wù)器和客戶機、打印機通過以太網(wǎng)與基礎(chǔ)自動化級相連，形成整個高爐過程控制計算機系統(tǒng)，整個過程控制計算機系統(tǒng)留有今后開發(fā)高爐專家系統(tǒng)的接口和與全廠管理計算機系統(tǒng)的通信接口。                                

       PKS系統(tǒng)主要完成工藝生產(chǎn)過程中的過程監(jiān)視與控制,各工藝設(shè)備運行狀況的監(jiān)視與邏輯控制,工藝生產(chǎn)及工藝設(shè)備的安全連鎖控制等.除此之外PKS系統(tǒng)還能完成聯(lián)網(wǎng)通訊、共享數(shù)據(jù)，并完成常規(guī)儀表所無法實現(xiàn)的中央統(tǒng)一顯示、操作，以保證工藝裝置正常穩(wěn)定地工作。

        PKS系統(tǒng)由于采用了先進的計算機系統(tǒng)硬件與特有專利軟件，使整個系統(tǒng)具有安全,可靠,靈活,方便的特點,并為復(fù)雜控制的高級算法提供了條件。使整個控制、顯示與操作實現(xiàn)全數(shù)字化、全屏幕化，為高爐系統(tǒng)安全,高效的生產(chǎn)提供了必要的條件。

        為保證系統(tǒng)的萬無一失,確保生產(chǎn)的穩(wěn)定安全,控制器(CPM),通訊網(wǎng)絡(luò)及電源均選擇冗余配置,而且冗余的控制器,控制網(wǎng)絡(luò),電源之間必須做到無擾動切換。根據(jù)高爐主系統(tǒng)的工藝具體情況,以及I/O點的具體分布,共設(shè)置4對冗余控制器(CPM/過程控制站)及1個遠程站,過程控制站具體配置如下: 礦焦槽及上料系統(tǒng)控制站(CPM1)；礦焦槽及上料系統(tǒng)遠程站(CPM1－REMOTE)；無料鐘爐頂控制站(CPM2)；熱風(fēng)爐控制站(CPM3)；高爐本體及出鐵場控制站(CPM4)。選擇功能強大的混合型控制器,保證系統(tǒng)地穩(wěn)定和擴展,且系統(tǒng)可利用率達到100%。冗余過程控制站及冗余服務(wù)器,均由實時性強,通訊速度快的ControlNet相連,以確保系統(tǒng)的安全可靠,實時控制。設(shè)置1臺歷史站，用于長期歷史數(shù)據(jù)存儲。歷史站配置Wonderware INSQL 及OPC LINK軟件。采用實時控制網(wǎng)(ControlNet)和監(jiān)督控制網(wǎng)(冗余以太網(wǎng)),使控制層與人機界面之間有效的結(jié)合起來。

4 爐頂控制系統(tǒng)
        高爐操作從料單開始，爐長根據(jù)高爐實際情況，決定高爐的裝料制度及布料的方式。高爐料單從中控室下到槽下，槽下系統(tǒng)則根據(jù)料單的內(nèi)容備料，然后將備好的料存放在中間料斗。經(jīng)過上料系統(tǒng)，爐頂控制系統(tǒng)即開始運轉(zhuǎn)。爐頂系統(tǒng)主要設(shè)備有：上部料罐、上部料閘、上密封閥、稱量料罐、下部料閘、下密封閥、布料溜槽、探尺、放散閥、均壓閥及煙氣回收閥構(gòu)成。爐頂設(shè)備同樣有三級操作:現(xiàn)場操作箱操作；CRT集中手動操作；CRT全自動操作。在正常生產(chǎn)時為全自動運轉(zhuǎn)。

4.1爐頂工藝單元電氣控制功能描述
        當(dāng)上部料罐料滿、稱量料罐料空時，就可以放料到稱量料罐。放料前必須將稱量料罐內(nèi)卸壓至常壓，打開放散閥，11秒后如果稱量料罐內(nèi)壓力達到常壓，系統(tǒng)發(fā)出“排壓OK”信號，然后再開啟上密封閥。上密封閥開到位后，再將上部料閘打開，開始放料。布料方式分為兩種：時間布料和重量布料。重量布料具有準(zhǔn)確、快捷的優(yōu)點，在稱量罐電子秤正常工作時，通常都采用重量布料。只有當(dāng)稱量罐電子秤故障時采用時間布料。

        當(dāng)稱量罐裝滿料后，系統(tǒng)同時完成以下幾步動作：關(guān)閉上料閘、關(guān)閉放散閥、關(guān)閉上密封閥。等待探尺到達料線。啟動布料溜槽傾動，到達第一個布料傾角。當(dāng)放散閥、上密封閥關(guān)閉后，稱量罐開始均壓，均壓完畢后開下密封閥，同時關(guān)閉均壓閥。當(dāng)爐內(nèi)操作料線到達后，提升探尺至等待位置，等待起始角度。當(dāng)布料溜槽旋轉(zhuǎn)經(jīng)過起始角度時，這時下部料閘打開，開始布料根據(jù)爐況的要求，布料方式具體可以分為四種：螺旋布料、單環(huán)布料、扇形布料和點布料。當(dāng)稱量罐發(fā)出料空信號后，將下部料閘全部打開，然后關(guān)閉下部料閘，下部料閘關(guān)閉后，關(guān)閉下密封閥，同時下降探尺跟蹤料面。這時整個布料過程完畢，如圖2所示。
 

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