基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)FF技術(shù)在球團豎爐上的應用

冶金行業(yè)中運用精料技術(shù)是高爐冶煉技術(shù)進(jìn)步的具體體現，使用球團礦來(lái)代替鐵礦和部分燒結礦是高爐精料技術(shù)的發(fā)展，采用高鹼度燒結礦加酸性球團礦的配料來(lái)進(jìn)行高爐冶煉，從而達到增產(chǎn)節支的目的。
　　豎爐球團的生產(chǎn)是一個(gè)較復雜的包括專(zhuān)門(mén)設備的電氣聯(lián)鎖和過(guò)程控制的工業(yè)燒結過(guò)程，集配料、烘干、造球、燒結、成品運輸和除塵與一體。老式豎爐以手工操作為主，各種報表都是由操作工手工制作，工人的勞動(dòng)強度較大，數據信息的可靠性差，難以作為指導生產(chǎn)的依據；工段間生產(chǎn)信息交流具有大滯后性；由于人工看表操作，在豎爐崗位不時(shí)出現過(guò)燒和欠燒的情況，布料排料崗位也不時(shí)因給料設備原因會(huì )有布料不均，卸料不勻的情況，使得產(chǎn)品質(zhì)量不穩定，爐體壽命受到嚴重影響，同時(shí)，設備利用率低，生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)管理不完善，也造成了生產(chǎn)原料的浪費，增加了生產(chǎn)成本。近年來(lái)，DCS或PLC控制系統的的應用取代了手動(dòng)操作，逐步實(shí)現了豎爐造球系統的分散控制和集中監控，但現場(chǎng)底層傳感器和數據采集器之間多采用一對一物理連線(xiàn)和模擬信號傳輸導致大量布線(xiàn)，信號傳輸的抗干擾能力也較差。隨著(zhù)自動(dòng)控制技術(shù)，計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的不斷創(chuàng )新，過(guò)程控制系統由第四代的DCS發(fā)展至今的FCS系統（現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統），被稱(chēng)為第五代過(guò)程控制系統。現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的應用避免了智能現場(chǎng)儀表與智能控制室儀表之間的非智能連接，　從而使現場(chǎng)智能儀表的各種智能功能得到淋漓盡致地發(fā)揮，同時(shí)，節省大量線(xiàn)纜，降低了施工和維護的成本。我們根據豎爐造球生產(chǎn)的基本工藝（見(jiàn)圖1）設計了現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。該系統采用沈陽(yáng)中科博微公司NCS-3000系列產(chǎn)品，以FF現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為核心，結合工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和OPC技術(shù)，以工控機和PC機為系統組態(tài)、編程、監控、維護和管理的一體化平臺，形成以網(wǎng)絡(luò )集成自動(dòng)化系統為基礎的企業(yè)信息系統。由于采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，避免了現場(chǎng)智能儀表與控制室智能控制器/儀表之間的非智能連接，使現場(chǎng)智能儀表的各種智能功能得到淋漓盡致地發(fā)揮，體現出現場(chǎng)總線(xiàn)在過(guò)程控制中的優(yōu)勢；保留了對常規儀表信號的處理功能，提供相應的常規IO卡件進(jìn)行處理，可以隨時(shí)方便地過(guò)渡到現場(chǎng)總線(xiàn)，保護用戶(hù)原有投資；NCS-3000的分布控制單元可執行IEC1161-3梯形圖編程語(yǔ)言，完成各種邏輯控制，能夠構成完整的控制系統；同時(shí)，作為國內首家通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )一致性和互操作性測試的產(chǎn)品，NCS-3000系統與其它廠(chǎng)商的設備實(shí)現了良好的互連和互操作，可對市場(chǎng)上取得FF認證的產(chǎn)品兼容。NCS-3000系統較好解決了傳統DCS及PLC系統中存在的問(wèn)題，實(shí)現了工廠(chǎng)底層設備狀態(tài)、車(chē)間級監控和工廠(chǎng)級信息管理的信息集成。

二．現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及NCS-3000系統

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是近十年來(lái)興起的新技術(shù)，是二十一世紀工廠(chǎng)自動(dòng)化必不可少的關(guān)鍵技術(shù)，它是用于現場(chǎng)儀表與控制室儀表之間實(shí)現全分散、全數字化、智能式、雙向、多變量、多站信息交換的一種通信系統，是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)結合的集中體現。目前國際上流行的現場(chǎng)總線(xiàn)主要有過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS、基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)FF，LonWorks總線(xiàn)，CAN總線(xiàn)等，世界上許多自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)商都推出了支持某種主流現場(chǎng)總線(xiàn)標準的產(chǎn)品。FF現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )是可互操作系統協(xié)議ISP——基于德國的ProfiBus標準，　和工廠(chǎng)儀表世界協(xié)議WORLD（WorldFactoryInstrumentationProtocol）——基于法國的FIP標準于1994年6月合并成立的，包含100多個(gè)成員單位，負責制訂一個(gè)綜合IEC/ISA標準的國際現場(chǎng)總線(xiàn)?；饡?huì )現場(chǎng)總線(xiàn)是國際上幾家現場(chǎng)總線(xiàn)經(jīng)過(guò)激烈競爭后形成的一種現場(chǎng)總線(xiàn)，與私有的網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)協(xié)議不同，FF總線(xiàn)不附屬于任何一個(gè)企業(yè)或國家，得到了世界上幾乎所有的著(zhù)名儀表制造商的支持，同時(shí)遵守IEC的協(xié)議規劃，與IEC的現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準和草案基本一致，加上它在技術(shù)上的優(yōu)勢，所以極有希望成為將來(lái)的主要國際標準。經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展，　基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)已經(jīng)形成了一個(gè)開(kāi)放的、全數字化的工業(yè)通信系統，并在上世紀末開(kāi)始進(jìn)入中國市場(chǎng)，推動(dòng)了中國的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)步，并開(kāi)始了大型全區域系統集成的應用。

　　NCS-3000系統是以現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為核心、OPC技術(shù)為紐帶的開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )化控制系統，可將現場(chǎng)總線(xiàn)儀表、模擬儀表、分布式智能I/O、DCS、和PLC等工業(yè)自動(dòng)化設備有機地集成在一起，為企業(yè)綜合自動(dòng)化系統提供了一套全新的解決方案。NCS-3000系統具有以下特點(diǎn)：

?以FF現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為核心，將控制任務(wù)下放至工業(yè)現場(chǎng)的智能儀表，實(shí)現了控制功能的徹底分散，而控制功能的分散意味著(zhù)危險分散，從而極大地提高了系統的可靠性。

?FFHSE高速總線(xiàn)和FFH1總線(xiàn)相互補充，構成企業(yè)綜合自動(dòng)化系統的網(wǎng)絡(luò )平臺?，F場(chǎng)總線(xiàn)儀表、智能I/O與計算機之間通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)連成一體，系統結構簡(jiǎn)單，可擴展性強，不僅降低了布線(xiàn)成本，而且還具有設備遠程調試和自診斷能力，維護方便。

?不僅支持多種現場(chǎng)總線(xiàn)智能儀表，也支持傳統的模擬儀表、DCS和PLC，可以在最大程度上保護用戶(hù)的已有投資。

?支持設備描述技術(shù)，保證了不同廠(chǎng)商現場(chǎng)總線(xiàn)設備間的客戶(hù)操作性，使用戶(hù)有很大的設備選擇空間。

?可以集成各種流行的工業(yè)自動(dòng)化設備和監控組態(tài)軟件，是真正開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )化控制系統。

?采用OPC標準，實(shí)現硬件與軟件及軟件與軟件間的信息集成，充分保證了系統的開(kāi)放性。

?支持Internet，使用戶(hù)可以通過(guò)瀏覽器對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行遠程監控。

三．系統網(wǎng)絡(luò )結構設計

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的核心是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，NCS-3000系統的計算機網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )，信息處理滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、完整性、一致性和可靠性的要求。

　　FF總線(xiàn)系統的功能體系結構如圖一所示，共分為五個(gè)層次。

　　最底層是H1層。它的特點(diǎn)是可以總線(xiàn)供電，可以通過(guò)中繼器延長(cháng)電纜距離；網(wǎng)段的調度設備（LAS）可以冗余；可以在儀表中運行功能塊，使控制功能分散到現場(chǎng)儀表；可以用于本質(zhì)安全防爆環(huán)境。

　　第二層是HSE層。它是高性能的控制干線(xiàn)，通訊速率達到100Mbit/s；采用標準以太網(wǎng)設備和網(wǎng)絡(luò )；通過(guò)聯(lián)接設備可以集成H1子系統；HSE可以選擇冗余；通過(guò)HSE不但能夠運行標準的功能塊，而且可以運行靈活功能塊，以滿(mǎn)足批量控制和混合控制的需要。

　　第三層是OPC數據交換層（OPCDX）。在這一層，服務(wù)器與服務(wù)器之間可以交換數據，從而使數據可以用于支持各種應用軟件包，例如，應用于ERP系統，資產(chǎn)管理系統（AssetManagement），歷史數據處理，最優(yōu)化算法，數據倉庫等，通過(guò)OPCDX還可以與非FF系統進(jìn)行數據交換。

　　第四層是上述的各種應用軟件包在這一層運行。

　　第五層是MIS系統，將過(guò)程數據用于全廠(chǎng)管理。

根據FF總線(xiàn)系統體系結構，結合豎爐造球生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，將豎爐造球控制系統結構設計如下，見(jiàn)圖二。