現場總線技術在煉鐵高爐系統中的應用

一、引言

　　工業現場總線技術是近幾年自動化行業最為關注的技術之一，給各行各業的自動化控制技術帶來了一次質的飛躍。

　　現場總線控制系統（Fieldbus Control System，FCS）是由各種現場儀表通過互連與控制室內人機界面所組成的系統；一個全分散、全數字化、全開放和可互操作的生產過程自動控制系統。也正是由于這些特點，以現場總線作為技術支撐的FCS在工業自動化領域有明顯的優勢，諸如很高的精確性、組志簡單、設計安裝方便、易于維護和擴展、可以節約軟硬件投資等，被稱為第五代控制系統，成為當今工業自動化發展的必然趨勢。它使過程控制領域的自動化裝置由DCS向FCS過渡，DDC（直接數字控制）功能將徹底分散到現場，使先進的現場設備管理功能得以實現。現場總線已廣泛應用于各個領域，如電力監控、能源管理、自動測試系統等等。

　　我廠高爐生產主要由高爐系統、噴煤系統、熱風系統、卷揚系統及槽下部分等構成，生產工藝復雜，分散點多，環境條件特殊，對電氣設備的要求非常高，這就造成了電氣自動化系統非常龐雜，故障率高，維護量大。將開放、成熟的德國TURCK公司的工業現場總線技術應用到5＃高爐生產中去，在我公司取得了良好的效果。

二、高爐自動化控制系統的現狀

　　我公司以前的高爐生產自動化控制系統采用美國GE 公司的Series 90－70／30的 PLC設備，此設備運行穩定，可靠性高。現場設備的各種開關及模擬信號通過信號電纜匯到PLC模板處，供PLC采集，進行處理，然后輸出，控制現場設備運轉，來滿足高爐生產的需要。如圖1所示：

　　從上圖可以看出： 整個系統的關鍵在于主機入口處的瓶頸現象。由于現場及設備多，且比較分散，信號進入PLC后，必須經過A／D、D從轉換過程，且精確度有所降低，這樣就迫使PLC 的掃描周期加長，不利于主機騰出手來從事優化工作，使整個主機性能下降，直接威脅到高爐各種信號的實時性。

　　另外，現場及設備所處的環境特殊，與之相連接的電纜比較多，維護量大，故障率高，影響到整個高爐自動化控制系統的穩定性和可靠性。

三、現場總線的選用

　　1. 現場總線的優點

　　PY fibllsoP現場總線是Pr。fiblls現場總線的一個性能優化版本，專門用于自動化系統與分布式外圍設備之間的臨界通信任務。這種總線適合于替代價格昂貴的 24V DC和 4～20mA測量信號平行傳輸線路。

　　德國TURCK公司開發的工業現場總線是現場儀表、設備與控制室系統之間的一種開放、全數字化、雙向通信與多站的通信系統，為我廠已建成的千兆位以大網系統提供了現場級的控制功能。這次我煉鐵廠5＃高爐大修選用TURCK公司的工業現場總線，可避免幾千個檢 測點和控制點的檢測信號匯集到DCS 的入日處所造成的信號堵塞，從而把60％以上的控制功能下放到現場儀表，增加了系統的安全性和可靠性。

　　采用現場總線主要有以下優點：

　　（1）可以減少1／2—2／3的隔離器、端子柜、I／O柜、l／O終端，這樣大大節省了10裝置及裝置室的空間；
　　（2）由于免去了D／A及A／D轉換的過程，使信號精確度可以從±0．5％提高到±0．1％；
　　（3）由于可以將PID功能植入到變送器或執行器中去，使控制周期大為縮短。目前可以從DCS的每秒調節2－3次增加到每秒10－20次，從而改善了調節性能；
　　（4）組態簡單，安裝、運行、維護簡便；
　　（5）采用IP67的防護等級，使之完全適合高爐現場的惡劣環境。

　　2.5＃高爐大修工業現場總線的組態方式

　　為使TURCK公司開發的工業現場總線產品更好地應用到生產中去，必須使之與高爐主 PLC（GE公司 series 90．30）系統有機地結合在一起。

　　5＃高爐系統由高爐、熱風、噴煤、卷揚及槽下（包括除塵）部分組成。每個部分都負責一定的區域，它們之間既相互獨立，又密不可分，相互聯系。任何一個環節出問題，都將導致高爐的直接休風，影響生產。

　　為此，以上各個部分都配有自己獨立的 series 90－30 PLC控制系統，且從各自的PLC 總線接口分別架設一條工業現場總線到各自所負責的區域。PLC通過各自的總線系統采集現場的實時數據進行處理及控制。這樣，就可以使復雜的高爐生產系統分成五部分總線來設計，避免總線的連接過于復雜，有利于工業現場總線優勢的發揮。5＃高爐總線布置圖如圖2：