PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程智能從站技術(shù)在高爐爐頂上料控制系統(tǒng)的改造與實(shí)現(xiàn)

馬王君  彭雅璐

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司）

摘要：高爐布料裝置是煉鐵生產(chǎn)中的重要設(shè)備，布料的準(zhǔn)確性直接影響爐內(nèi)還原反應(yīng)效率和爐況穩(wěn)定，其爐頂控制系統(tǒng)控制爐頂液壓站、擋料閥、上密封閥、料流閥、下密封閥、均壓閥、放散閥、布料器、溫度檢測、壓力檢測等設(shè)備，確保這些設(shè)備的正常運(yùn)行，是保障高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行的基石。相應(yīng)控制系統(tǒng)控制部分設(shè)在爐底配電室PLC柜，輸入信號和輸出信號都需通過200米做有點(diǎn)電纜傳輸。隨著電氣元件及其線路的老化，壓降、信號干擾、軟故障、故障頻發(fā)等問題，造成高爐休風(fēng)事故（發(fā)生煤氣爆炸和煤氣中毒故），嚴(yán)重影響高爐的正常安全生產(chǎn)。因此深入研究串罐無料鐘爐頂上料控制系統(tǒng)的PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程智能從站技術(shù)特點(diǎn)，通過現(xiàn)場I/O和光纖替代數(shù)量巨大的控制線路，杜絕由于控制部分故障造成的高爐休風(fēng)事故，對于維持高爐順行、降低高爐能耗均具有決定性的作用。

關(guān)鍵字：上料控制系統(tǒng)；PROFIBUS-DP；PLC從站；光纖通信

1  高爐上料系統(tǒng)簡介

高爐布料裝置是煉鐵生產(chǎn)中的重要設(shè)備，布料的準(zhǔn)確性直接影響爐內(nèi)還原反應(yīng)效率和爐況穩(wěn)定，尤其是在超大高爐布料系統(tǒng)，陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵股份有限責(zé)任公司1#高爐采用無料鐘串罐式爐頂，其爐頂控制系統(tǒng)為西門子S7-400H冗余控制系統(tǒng)，控制爐頂液壓站、擋料閥、上密封閥、料流閥、下密封閥、均壓閥、放散閥、布料器、溫度檢測、壓力檢測等設(shè)備，確保這些設(shè)備的正常運(yùn)行，是保障高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行的基石。相應(yīng)控制系統(tǒng)控制部分設(shè)在爐底配電室PLC柜，輸入信號和輸出信號都需通過200米做有點(diǎn)電纜傳輸。隨著電氣元件及其線路的老化，壓降、信號干擾、軟故障、故障頻發(fā)等問題，造成高爐休風(fēng)事故（發(fā)生煤氣爆炸和煤氣中毒故），嚴(yán)重影響高爐的正常安全生產(chǎn)。因此深入研究串罐無料鐘爐頂上料控制系統(tǒng)的PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程智能從站技術(shù)特點(diǎn)，通過現(xiàn)場I/O和光纖替代數(shù)量巨大的控制線路，杜絕由于控制部分故障造成的高爐休風(fēng)事故，對于維持高爐順行、降低高爐能耗均具有決定性的作用。

2  原系統(tǒng)存在的問題

西門子PLC  S7-400H系統(tǒng)，設(shè)置在爐底配電室PLC柜，輸入信號和輸出信號都需通過200米做有點(diǎn)電纜傳輸，隨著電氣元件及其線路的老化，壓降、信號干擾、軟故障、故障頻發(fā)等問題， 1#高爐爐頂上料控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：①油泵控制回路；②液壓站現(xiàn)場檢測及保護(hù)系統(tǒng)；③密封擋料系統(tǒng)（包含擋料閥、上密封閥、下密封閥、均壓、放散等現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)）；④料流調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)等四部分組成，這幾部分之間電氣線路互為交叉，任何一個點(diǎn)出現(xiàn)問題（如繼電器觸點(diǎn)接觸不良），將影響整個控制回路不能正常工作，高爐上料中斷。原電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)冗繁，外部繼電器控制線路復(fù)雜，故障頻繁，且故障排查、處置起來費(fèi)時、費(fèi)力，隨著電氣控制系統(tǒng)電纜線路及電氣元器件的老化，同時1#高爐自控系統(tǒng)較為落后，程序設(shè)計(jì)繁瑣漏洞多、可讀性差，對1#高爐的正常生產(chǎn)造成較大隱患。       

3  PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程智能從站技術(shù)在高爐爐頂上料控制系統(tǒng)的改造與實(shí)現(xiàn)和具體方案的實(shí)施

此次改造在優(yōu)化原控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程智能從站技術(shù)，在高爐爐頂設(shè)置西門子PLC從站，由光纖通信替代繁瑣的控制線路。Profibus的傳輸速率為9.6K～12Mbps，最大傳輸距離在9.6K~187.5Kbps時為1000m，500Kbps時為400m，1500Kbps時為200m，3000K~12000Kbps時為100m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點(diǎn)。PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程智能從站技術(shù),解決了分散控制機(jī)其遠(yuǎn)程控制中控制線路長，故障點(diǎn)多等問題。利用OLM光纖鏈路模塊將Profibus-DP信號轉(zhuǎn)換為光電信號，利用光纖遠(yuǎn)距離傳輸，達(dá)到遠(yuǎn)程穩(wěn)定控制的效果。

高爐爐頂設(shè)置西門子PLC分站10號站，爐頂10號分站置于液壓站旁的PLC室內(nèi)，PLC室的防塵和降溫都做了處理確保PLC系統(tǒng)的使用環(huán)境；在原8號站和9號站之間增加雙光口OLM（OLM光纖鏈路模塊）模塊兩塊，并有不同路線輻射兩根4芯多模光纖到爐頂10號分站，爐底和爐頂四塊OLM組成雙冗余網(wǎng)絡(luò)；分站下組態(tài)模塊為冗余IM153-2模塊型號6ES7 153-2BA10-0xB0,兩塊IM153-2模塊互為冗余，一路通信出現(xiàn)問題，直接切換到另一路使用；分站使用背板總線模塊，支持模塊熱插拔；其中SM模塊有4塊32位數(shù)字量輸入模塊其型號為6SE7 321-1BL00-0AA0、2塊32位數(shù)字量輸出模塊其型號為66SE7 322-1BL00-0AA0、1塊8通道熱電阻模塊其型號為6SE7331-7PF01-0AB0、3塊8通道模擬量輸出模塊其型號為 6SE7 331-7KF02-OABO、1塊8通道模擬量輸出模塊其型號為6SE7 332-5HF00-0AB0.為確保信號的穩(wěn)定性和可靠性，數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出信號均經(jīng)過柜內(nèi)中繼，模擬量輸入和模擬量輸出信號均安裝信號隔離器。

                         圖1  10號分站硬件組態(tài)

自動化控制系統(tǒng)為西門子S7-400H系統(tǒng)，使用編程軟件為STEP5.5SP4,HMI使用的西門子WINCC7.0.進(jìn)行硬件組態(tài)，組態(tài)IM153-2模塊6ES7 153-2BA10-0xB0時需下載最新硬件更新包在HW Config——選項(xiàng)——安裝HW更新中完成硬件更新。組態(tài)IM153-2模塊設(shè)置PROFIBUS-DP地址為10，波特率為1.5Mbps。

圖2  10號站的設(shè)置

在10號分站設(shè)置PLC柜、中繼柜、液壓站控制柜，利用PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程智能從站技術(shù)爐頂設(shè)備信號直接進(jìn)入10號分站；增加爐頂液壓系統(tǒng)的信號檢測，把壓力、溫度、液位等數(shù)據(jù)顯示到HMI，并根據(jù)工藝要求設(shè)置各報(bào)警點(diǎn)。優(yōu)化原控制系統(tǒng)，重新對爐頂上料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、程序編寫及其打點(diǎn)調(diào)試，結(jié)合以往故障原因，做到最優(yōu)設(shè)計(jì)。增加狀態(tài)診斷功能，能清楚的監(jiān)控的設(shè)備的運(yùn)行狀況和運(yùn)行情況。通過改造后，原復(fù)雜的外部控制系統(tǒng)得到精簡優(yōu)化，液壓站傳感器檢測及保護(hù)系統(tǒng)得到完善、程序優(yōu)化消除漏洞和優(yōu)化控制、狀態(tài)診斷系統(tǒng)的增加、爐頂密封擋料系統(tǒng)和料流調(diào)節(jié)系統(tǒng)各為單獨(dú)子系統(tǒng)，各系統(tǒng)互不干擾，從根本上改變之前1#爐頂上料系統(tǒng)故障頻繁的情況，為高爐的正常生產(chǎn)提供保障。

4  結(jié)束語

漢鋼公司1#高爐上料控制系統(tǒng)自2018年實(shí)施“PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程智能從站技術(shù)在高爐爐頂上料控制系統(tǒng)的改造與實(shí)現(xiàn)”以來，2018年?duì)t頂上料控制系統(tǒng)故障由2017年的18起降到2起，設(shè)備運(yùn)行安全可靠性顯著提高。實(shí)踐證明，PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程智能從站技術(shù)在高爐爐頂上料控制系統(tǒng)的改造與實(shí)現(xiàn)有效解決了從根本上改變之前1#爐頂上料系統(tǒng)故障頻繁的問題。

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