夏侯洪波，姜 銳，李忠民

（1.日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276806；2.普辰電子工程有限公司，天津 300384）

一、熱風爐工藝流程及控制要求

山東某鋼鐵公司1#高爐采用頂燃式熱風爐，為保證連續(xù)向高爐送風，高爐配置3座熱風爐交替進行燃燒和送風作業(yè)。當一座熱風爐送風一段時間后，輸出的熱風溫度滿足不了高爐所需的風溫時，熱風操作人員進行換爐操作，將另外一座已經(jīng)燃燒好的熱風爐投入送風狀態(tài)，而后再將原送風熱風爐轉(zhuǎn)為燃燒作業(yè)，燃燒好后改為燜爐狀態(tài)等待下一次換爐操作，因此熱風爐有燃燒、燜爐、送風3種工作狀態(tài)。3座熱風爐一般情況下采用“兩燒一送”的工作方式。

熱風爐系統(tǒng)的基礎自動化部分采用西門子PLC進行控制，主要完成3座熱風爐各閥門的順序聯(lián)鎖控制和工藝參數(shù)的采集，如溫度、壓力、流量等。上位機監(jiān)控操作畫面主要完成燃燒、燜爐、送風的操作和各閥門狀態(tài)及工藝參數(shù)的顯示，對由PLC采集到的重要數(shù)據(jù)進行記錄。

二、硬件和監(jiān)控系統(tǒng)設計

1.硬件配置

熱風爐自動化系統(tǒng)配置一套以西門子S7-400為頭，下掛ET-200M分站方式的組態(tài)，系統(tǒng)配置見圖1，此種配置方式即能保證各種工藝要求，又大大節(jié)省設計成本。開關量輸入輸出部分主要完成前述熱風爐各閥門的順序聯(lián)鎖控制，模擬量輸入部分主要是對熱風爐溫度、壓力、流量等信號的直接采集，而模擬量輸出部分主要是完成熱風爐各調(diào)節(jié)閥的自動調(diào)節(jié)控制。

上位機監(jiān)控操作系統(tǒng)設在熱風爐主控制室內(nèi)，一般配置兩臺上位機，其功能完全一致，互備使用，可同時操作和監(jiān)控不同畫面。上位機配置以太網(wǎng)卡，通過交換機與PLC之間進行通信。

上位機監(jiān)控操作系統(tǒng)的制作采用西門子WinccV6.0組態(tài)軟件，在WindowsXPSP2平臺下運行。Wincc是西門子公司開發(fā)的基于Windows環(huán)境下解決生產(chǎn)和過程自動化、可視化信息顯示的人機接口組態(tài)軟件，利用Wincc強大的圖形編輯器功能實現(xiàn)熱風爐工藝流程圖、參數(shù)設置圖、歷史曲線圖、報警信息等各種畫面的制作。

2.監(jiān)控操作畫面的設計

（1） 畫面的設計

監(jiān)控操作畫面的制作原則是既美觀實用，又便于操作。閥門開關按鈕均設在上位機畫面上，系統(tǒng)畫面由一個主操作畫面、儀表顯示、參數(shù)設定和若干個歷史曲線顯示畫面組成。主操作畫面顯示熱風爐系統(tǒng)所有閥門的當前運行狀況、各閥門的操作按鈕、系統(tǒng)工藝流程、液壓系統(tǒng)報警以及主要的工藝參數(shù)值；儀表顯示畫面主要是對熱風爐系統(tǒng)所有溫度、壓力、流量的實時監(jiān)控顯示；參數(shù)設定畫面主要是設定均壓閥門動作時間及各閥門故障時間；歷史曲線畫面是對熱風爐主要工藝參數(shù)以曲線的形式進行跟蹤顯示并且可以記錄保存下來，保存時間可達1個月，在熱風爐出現(xiàn)問題時便于數(shù)據(jù)的查找和分析；流量調(diào)節(jié)畫面是控制各流量調(diào)節(jié)閥的開度及各閥閥位開度反饋的顯示。

（2） 典型畫面

①熱風爐主操作畫面

熱風爐主操作畫面是熱風爐系統(tǒng)的總貌畫面，通過Wincc設置在系統(tǒng)運行時自動進入此畫面，顯示3座熱風爐的工作狀態(tài)（燜爐、燃燒及送風），各閥門的開關按鈕和開關狀態(tài)，有送高爐熱風溫度、各爐的拱頂溫度、液壓站報警信息等工藝參數(shù)的顯示，以及其他畫面的切換按鈕。在此畫面完成各爐閥門的手動及自動切換、工作狀態(tài)的選擇（使用、停用）、工作方式的選擇（燜爐、燃燒及送風）。

②歷史曲線畫面

歷史曲線畫面以曲線的形式顯示了熱風爐主要工藝參數(shù)的實時曲線和歷史趨勢，按工藝要求分為壓力、溫度、流量三個顯示畫面，各畫面中的數(shù)據(jù)集成在一個坐標系中對比顯示。壓力曲線畫面中有煤氣總管壓力、冷風壓力、熱風壓力、冷卻水壓力、預熱器前后空氣壓力；溫度曲線畫面中有1#～3#爐拱頂溫度、1#～3#爐廢氣溫度、冷風總管溫度；流量曲線畫面有1#～3#爐空氣/煤氣流量、冷風總管流量、氮氣流量、冷卻水流量。歷史曲線畫面可作為歷史記錄，橫坐標顯示時間，縱坐標顯示變化值，可直觀又方便地觀察壓力、溫度、流量的變化趨勢，還可根據(jù)需要查閱近1個月的歷史記錄，便于對不同時期爐況進行分析。

三、上位機與PLC之間的通信

上位機Wincc組態(tài)軟件與PLC之間通過以太網(wǎng)通信進行數(shù)據(jù)交換，以態(tài)網(wǎng)通信速率可達100Mbps，以太網(wǎng)有以下優(yōu)點：可以采用冗余的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，可靠性高；通過交換技術(shù)可以提供實際上沒有限制的通信性能；靈活性好，現(xiàn)有的設備可以不受影響地擴張；具有良好的向下兼容性，保證了投資的安全；易于實現(xiàn)管理控制網(wǎng)絡的一體化。

1.硬件配置要求

上位機要求配置集成以太網(wǎng)通信卡即可，S7-400PLC上配置CP443-1以態(tài)網(wǎng)卡。

2.軟件配置要求

在Wincc項目變量管理器中添加SIMATICS7PROTOCOL SUITE驅(qū)動程序，建立連接項目“熱風爐”，設置TCP/IP地址，此地址要與連接的熱風爐PLC上的TCP/IP地址一致，將與PLC連接的變量都建立在“熱風爐”項目中。PLC編程軟件組態(tài)硬件時，設置CP443-1以態(tài)網(wǎng)卡的IP地址，然后保存編譯下載。

四、結(jié)束語

山東某鋼鐵公司1＃高爐熱風爐采用PLC代替了老式的硬線聯(lián)鎖，大大提高了生產(chǎn)的自動化控制水平，設備穩(wěn)定性好，故障率低，減少了崗位人員，用Wincc組態(tài)的系統(tǒng)畫面既美觀操作又方便，更有利于爐況的分析。

[1]蘇昆折.深入淺出西門子WincV6[M].北京航空航天大學出版社，2004.

[2]廖常初.S7-300/400PLC應用技術(shù) [M].機械工業(yè)出版社，2005.