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燒結礦是煉鐵高爐的主要原料，其技術經濟指標如堿度、焦比、燒結礦含鐵量波動直接影響高爐煉鐵的質量和產量。燒結生產主要是借助于正確的配料、燒結溫度控制和透氣性以及控制燒過程和改善操作等工藝措施來保證燒結礦的技術經濟指標，這些工藝措施都需要燒結生產過程自動化來控制。   
    近年來，根據安鋼“ 三步走”總體規(guī)劃的要求，為滿足2200 m3和2800 m3 煉鐵高爐的需求，配套建設360m２ 和400m２ 燒結機工程，為高爐煉鐵提供優(yōu)質、高效的燒結礦。其自動化控制系統(tǒng)采用先進的網絡結構和Quantum PLC 系統(tǒng)，通過優(yōu)化設計方案，實現了整個生產流程的過程控制、過程實時數據的采集與監(jiān)視。
    設計思想
    系統(tǒng)以基礎自動化、過程分級系統(tǒng)為基礎，實現生產過程自動化。整個系統(tǒng)分為三級控制。第一級: 檢測驅動級, 調速傳動控制系統(tǒng)及現場儀表。第二級: 設備級, 人機接口HMI、PLC 系統(tǒng)。第三級: 過程級, 原料計算及其它。
    主工藝線的電控設備、儀表設備與計算機設備構成統(tǒng)一的信息集中、控制分散的三電一體化系統(tǒng)。采用分級控制，除設備控制級外，還設有過程控制級, 建立生產過程數據庫和歷史數據記錄，為提高生產工藝技術創(chuàng)造條件；整個三電系統(tǒng)以全自動操作作為重點，在設計上充分考慮半自動、手動等各種后備手段以保證各種情況下生產的正常進行;基礎自動化采用全PLC 方案，速度快; 可實現一混、二混滾筒自動加水控制、配料配比自動控制等重要環(huán)節(jié)。在顯示畫面方面做成易懂、易操作和易解釋的畫面，使看不見的料層燒結過程成為可視化過程，為操作員有效操作燒結過程創(chuàng)造有利條件。
    實用的操作界面，能提供數據參數顯示、歷史記錄、故障診斷、故障報警、故障記錄等功能。順序啟動可靠，在某工序生產設備故障時，能夠及時急停，避免大的系統(tǒng)事故。
    通訊控制方式
    鑒于系統(tǒng)點多、面廣、數據通訊距離長（最遠距離1200 m 左右）。通訊控制方式分為三層：現場控制級、環(huán)網傳輸級、管理級。通過工業(yè)以太網將各個分系統(tǒng)連接為一個有效整體。
    現場控制級
    由某電氣公司的Quantum 系列和Premium 系列產品組成。根據PLC 站點與對應的電氣設備就近配置的原則，系統(tǒng)共設7 個PLC 站點：配料儀表控制站（配料配電室）、配料電氣控制站（燃料配電室）、燒結儀表控制站（主控樓電子設備室）、燒冷、成品篩分控制站（燒結低壓配電室）、主抽風PLC 控制站（主抽控制室）、配料稱重站、燒結稱重站。
    各主站與對應分站的連接采用RIO( 遠程I/O) 技術。構成3個I/O 擴展站：配料I/O 擴展控制站、混合I/O 擴展控制站、篩分I/O 擴展控制站。
    變頻器通過DIO（Modbus Plus 通訊協(xié)議）應用單纜雙絞線實現網上控制；RIO 用于系統(tǒng)的擴展，物理上應用RG-6 同軸電纜實現雙纜冗余連接，形成RIO網絡結構。
    系統(tǒng)各站點間的連接應用工業(yè)以態(tài)網TCP/IP 通訊協(xié)議， 在物理上采用單環(huán)光纜結構，保證數據傳輸的可靠性，網絡速度為1.544 MB/s，并在每個主站上都配置了以太網接口。一方面它將現場的各種設備的匯總信號上傳到管理網絡，作為自動化的元素。另一方面，它將管理級向下發(fā)送的各種命令，及時準確地傳送到相應的工作崗位。同時此模塊作為連接現場設備與管理設備的關鍵備件，具有快速熱插拔，可與Internet 拔號連入遠程控制（RAS）的特點，并可通過軟件靈活配置各種網絡參數的特點。
    環(huán)網傳輸級
    采用單環(huán)網技術，光纖從第一臺交換機出發(fā)，最后返回第一臺交換機，在網絡路徑上形成閉合，并保證網絡傳輸速度為100MB/s。正常情況下，網絡數據逆時針旋轉，當網絡由于由于某種原因發(fā)生故障，此時環(huán)網自動斷裂，形成線性網絡，它依然能夠保證網絡的所有特性，不影響任何工作，直到網絡修復。當網絡修復后，它還支持熱愈合，可無級恢復故障。
    本方案選擇了7 個網絡交換機，組成單環(huán)網，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠。
    人機接口與PLC 之間及PLC相互之間聯成光纖（多模）單環(huán)網，通過光纖環(huán)網把燒結系統(tǒng)的工藝參數設定值和對電氣設備的操作從人機接口傳送到各PLC，把各設備的狀態(tài)和工藝、電氣參數及故障由PLC 收集送到人機接口的CRT（或LED）顯示。管理級監(jiān)控系統(tǒng)（ 服務器和工程師站）集中設置在電氣樓中央控制室。上位機通過上位監(jiān)視畫面（HMI）實現對全廠生產的實現，網絡內部系統(tǒng)設備的點對點通信，上位機之間互相冗余。工程師站配備一臺上位機和兩臺服務器，可對全廠畫面管理和修改；也可對下位程序編輯、改動；還可對下位程序上傳和下載。
    系統(tǒng)的配置
    系統(tǒng)選用Quantum 系列和Premiun 系列PLC 可編程控制器實現所有信號的采集、運算、控制，其特點是：便于系統(tǒng)集成和自動化程度的提高，同時系統(tǒng)具有較高可靠性。 
    主要硬件配置
    電源模塊：140 CPS 12420 ； 處理器模塊：140 CPU 53414B ；遠程I/O 處理器模板：140CRP93200 ；以太網連接模板：140NOE77101 ；熱電偶輸入模板：140 ATI 030 00 ；模擬量輸入模板：140 ACI 030 00 和140 ARI 03010 ；模擬量輸出模板：140 ACO 020 00 ；數字量輸入模板：140 DAI 753 00；數字量輸出模板：140 DRA 840 00。
     上位監(jiān)控計算機硬件配置：選用DICM 工控機DCS400F/800。服務器為 HPML370 G5。
    軟件配置
    上位監(jiān)控軟件：CITECT6.1軟件，是運行于WinXP 操作平臺上的真正的32 位應用程序，使用其內建的強大且實用的各種功能、經過開發(fā)人員的豐富的想象和精心制作，使最終的用戶程序十分貼切地滿足應用現場對上位機系統(tǒng)的各種監(jiān)視、控制和管理方面的實際要求，并在顯示、控制及通訊的速度、實時性和兼容性等方面都有優(yōu)秀的表現。
    編程軟件：采用Concept 2.6，是Schneider Automation 開發(fā)的新型程序開發(fā)軟件。Concept 依據國際IEC 1131 標準中的所有五種編程語言〔梯形圖（LD）、順序功能流程圖（SFC）、功能塊圖（FBD）、結構化文本（ST）、指令表（IL）〕，可以根據實際應用的需要來靈活選擇最佳的方案。
    結束語
    近年來，安鋼相繼建成了360m２燒結機工程和400m２燒結機工程，信息集成和自動化程度的提高的優(yōu)勢表現為：提高生產率，減少崗位人員；根據高爐要求，保證燒結礦的質量；節(jié)能降耗；燒結過程穩(wěn)定和具有良好的復現性；由于設立維護診斷系統(tǒng)，而使工廠利用率達到最大化；完滿的數據記錄有利于改進操作；使自動配料成為現實；使400m２燒結機擁有了國際先進水平的現代化控制系統(tǒng)；促進生產運行更加暢通，降低了設備故障率，設備作業(yè)率達到了99%，為燒結配料現代化打下了堅實的基礎，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

作者：馬永明

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