現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在煉鐵高爐系統中的應用

一、引言

　　工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是近幾年自動(dòng)化行業(yè)最為關(guān)注的技術(shù)之一，給各行各業(yè)的自動(dòng)化控制技術(shù)帶來(lái)了一次質(zhì)的飛躍。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（Fieldbus Control System，FCS）是由各種現場(chǎng)儀表通過(guò)互連與控制室內人機界面所組成的系統；一個(gè)全分散、全數字化、全開(kāi)放和可互操作的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統。也正是由于這些特點(diǎn)，以現場(chǎng)總線(xiàn)作為技術(shù)支撐的FCS在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有明顯的優(yōu)勢，諸如很高的精確性、組志簡(jiǎn)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(chēng)為第五代控制系統，成為當今工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢。它使過(guò)程控制領(lǐng)域的自動(dòng)化裝置由DCS向FCS過(guò)渡，DDC（直接數字控制）功能將徹底分散到現場(chǎng)，使先進(jìn)的現場(chǎng)設備管理功能得以實(shí)現?，F場(chǎng)總線(xiàn)已廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域，如電力監控、能源管理、自動(dòng)測試系統等等。

　　我廠(chǎng)高爐生產(chǎn)主要由高爐系統、噴煤系統、熱風(fēng)系統、卷?yè)P系統及槽下部分等構成，生產(chǎn)工藝復雜，分散點(diǎn)多，環(huán)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(dòng)化系統非常龐雜，故障率高，維護量大。將開(kāi)放、成熟的德國TURCK公司的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應用到5＃高爐生產(chǎn)中去，在我公司取得了良好的效果。

二、高爐自動(dòng)化控制系統的現狀

　　我公司以前的高爐生產(chǎn)自動(dòng)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?，F場(chǎng)設備的各種開(kāi)關(guān)及模擬信號通過(guò)信號電纜匯到PLC模板處，供PLC采集，進(jìn)行處理，然后輸出，控制現場(chǎng)設備運轉，來(lái)滿(mǎn)足高爐生產(chǎn)的需要。如圖1所示：

　　從上圖可以看出： 整個(gè)系統的關(guān)鍵在于主機入口處的瓶頸現象。由于現場(chǎng)及設備多，且比較分散，信號進(jìn)入PLC后，必須經(jīng)過(guò)A／D、D從轉換過(guò)程，且精確度有所降低，這樣就迫使PLC 的掃描周期加長(cháng)，不利于主機騰出手來(lái)從事優(yōu)化工作，使整個(gè)主機性能下降，直接威脅到高爐各種信號的實(shí)時(shí)性。

　　另外，現場(chǎng)及設備所處的環(huán)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(gè)高爐自動(dòng)化控制系統的穩定性和可靠性。

三、現場(chǎng)總線(xiàn)的選用

　　1. 現場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)

　　PY fibllsoP現場(chǎng)總線(xiàn)是Pr。fiblls現場(chǎng)總線(xiàn)的一個(gè)性能優(yōu)化版本，專(zhuān)門(mén)用于自動(dòng)化系統與分布式外圍設備之間的臨界通信任務(wù)。這種總線(xiàn)適合于替代價(jià)格昂貴的 24V DC和 4～20mA測量信號平行傳輸線(xiàn)路。

　　德國TURCK公司開(kāi)發(fā)的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)是現場(chǎng)儀表、設備與控制室系統之間的一種開(kāi)放、全數字化、雙向通信與多站的通信系統，為我廠(chǎng)已建成的千兆位以大網(wǎng)系統提供了現場(chǎng)級的控制功能。這次我煉鐵廠(chǎng)5＃高爐大修選用TURCK公司的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)，可避免幾千個(gè)檢 測點(diǎn)和控制點(diǎn)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(chǎng)儀表，增加了系統的安全性和可靠性。

　　采用現場(chǎng)總線(xiàn)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）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；
　?。?）由于免去了D／A及A／D轉換的過(guò)程，使信號精確度可以從±0．5％提高到±0．1％；
　?。?）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；
　?。?）組態(tài)簡(jiǎn)單，安裝、運行、維護簡(jiǎn)便；
　?。?）采用IP67的防護等級，使之完全適合高爐現場(chǎng)的惡劣環(huán)境。

　　2.5＃高爐大修工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)的組態(tài)方式

　　為使TURCK公司開(kāi)發(fā)的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品更好地應用到生產(chǎn)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(fēng)、噴煤、卷?yè)P及槽下（包括除塵）部分組成。每個(gè)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(lián)系。任何一個(gè)環(huán)節出問(wèn)題，都將導致高爐的直接休風(fēng)，影響生產(chǎn)。

　　為此，以上各個(gè)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(xiàn)接口分別架設一條工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)到各自所負責的區域。PLC通過(guò)各自的總線(xiàn)系統采集現場(chǎng)的實(shí)時(shí)數據進(jìn)行處理及控制。這樣，就可以使復雜的高爐生產(chǎn)系統分成五部分總線(xiàn)來(lái)設計，避免總線(xiàn)的連接過(guò)于復雜，有利于工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)優(yōu)勢的發(fā)揮。5＃高爐總線(xiàn)布置圖如圖2：