姜曙光

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南250101）

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)在高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)中的應(yīng)用

姜曙光

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東濟(jì)南250101）

介紹了TURCK PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品的技術(shù)特性，根據(jù)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)分散配置應(yīng)用，針對(duì)其運(yùn)行的可靠性方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)；熱風(fēng)爐；技術(shù)特性；可靠性

1 前言

福建三鋼6號(hào)高爐有效容積1820 m3，年產(chǎn)煉鋼生鐵150萬(wàn)t。該高爐采用了當(dāng)今煉鐵先進(jìn)成熟的技術(shù)，裝備水平達(dá)到國(guó)內(nèi)一流。熱風(fēng)爐系統(tǒng)由山東冶金設(shè)計(jì)院總包，采用目前最新型的改進(jìn)型頂燃式結(jié)構(gòu)。整個(gè)熱風(fēng)爐系統(tǒng)有44臺(tái)液壓閥、3臺(tái)氣動(dòng)閥、4臺(tái)電動(dòng)閥及11臺(tái)調(diào)節(jié)閥；160個(gè)儀表監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如果采用傳統(tǒng)的PLC柜至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備模式，所需的控制電纜及儀表電纜量及施工工程量都非常大。為了減少工程量，增加系統(tǒng)可靠性及可維護(hù)性，該熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-414H冗余CUP+PROFIBUS▌DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。

2 PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介

Profibus是唯一集成H1(過(guò)程)和H2（工廠(chǎng)自動(dòng)化）的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)解決方案，是一種國(guó)際化的、開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，它也是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中8種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。Profibus可以將數(shù)字自動(dòng)化設(shè)備從低級(jí)（傳感器/執(zhí)行器）到中間級(jí)執(zhí)行級(jí)（單元級(jí)）分散開(kāi)來(lái)。根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)和用戶(hù)不同的需要，Profibus提供了3種兼容版本通信協(xié)議：FMS、PA和DP。

Profibus-DP用于自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)控制設(shè)備與分布式I/O的通訊。

Profibus-DP使用第1層、第2層和用戶(hù)接口層、第3～7層未使用，這種精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)確保了高速數(shù)據(jù)傳輸。直接數(shù)據(jù)鏈路映像程序DDLM提供對(duì)第2層的訪(fǎng)問(wèn)。用戶(hù)接口規(guī)定了設(shè)備的應(yīng)用功能、Profibus-DP系統(tǒng)和設(shè)備的行為特性。Profibus-DP特別適合于PLC與現(xiàn)場(chǎng)分級(jí)式I/O設(shè)備之間的通訊。主站之間的通訊為令牌方式，主站與從站之間為主從方式，以及這兩種方式的混合。

PROFIBUS是一種國(guó)際化.開(kāi)放式.不依賴(lài)于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS的最大優(yōu)點(diǎn)在于具有穩(wěn)定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170作保證，并經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證具有普遍性。PROFIBUS-DP用于處理控制器和輸入輸出設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，是一種主/從控制系統(tǒng)，它包括一個(gè)（或多個(gè)）主站和多個(gè)從站，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中從站數(shù)量最多可達(dá)126個(gè)，主站循環(huán)掃描每個(gè)從站。主站與從站之間通過(guò)基于RS485標(biāo)準(zhǔn)的物理層的2芯屏蔽雙絞電纜進(jìn)行通訊。一個(gè)完整PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)一般由主站和從站及網(wǎng)絡(luò)附屬件三部分組成：

主站指PLC.PC或可做一類(lèi)主站的控制器。主站完成總線(xiàn)通信控制與將從站收集的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算。

從站用于收集現(xiàn)場(chǎng)信息和將從站發(fā)出的執(zhí)行指令輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從站可以是：

（1）PLC（智能型I/O）：PLC可做PROFIBUS上的一個(gè)從站。PLC自身有程序存儲(chǔ)，PLC的CPU部分執(zhí)行程序并按程序驅(qū)動(dòng)I/O。做為PROFIBUS主站的一個(gè)從站，在PLC存儲(chǔ)器中有一段特定區(qū)域作為與主站通信的共享數(shù)據(jù)區(qū)。主站可通過(guò)通信間接控制從站PLC的I/O。

（2）現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊，用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場(chǎng)裝置。按主站指令驅(qū)動(dòng)I/O，并將I/O輸入及故障診斷等住處返回給主站。通常現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊由主站統(tǒng)一編址，這樣在主站編程時(shí)使用分散式I/O與使用主站的I/O沒(méi)有什么區(qū)別。

（3）驅(qū)動(dòng)器.傳感器.執(zhí)行機(jī)構(gòu)等帶PROFIBUS接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，可由主站在線(xiàn)完成系統(tǒng)配置.參數(shù)修改.數(shù)據(jù)交換等功能。

網(wǎng)絡(luò)附件包括總線(xiàn)電纜、電源電纜、總線(xiàn)T型頭、模塊總線(xiàn)接插件終端電阻等。

本系統(tǒng)所用的TURCK現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FLDP系列產(chǎn)品屬于第二類(lèi)從站（現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊），具有以下特點(diǎn)：

（1）IP67的防護(hù)等級(jí)，能應(yīng)用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

（2）使用快速接插件連接方式，安裝更換更加快捷，同時(shí)避免了誤接線(xiàn)的發(fā)生。

（3）自動(dòng)識(shí)別和調(diào)整波特率與主站一至。

（4）具有輸入/輸出短路組診斷和組保護(hù)功能。能簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障位置。

3 工藝流程簡(jiǎn)介

三鋼1820 m3高爐熱風(fēng)爐工藝方案。每座高爐配備3座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐。熱風(fēng)爐燒爐采用純高爐煤氣（預(yù)留富化煤氣接口），應(yīng)用熱管換熱器的余熱回收系統(tǒng)，將助燃空氣預(yù)熱到180～200℃，高爐煤氣預(yù)熱到180～200℃，送風(fēng)溫度≥1200℃。改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐由蓄熱室、燃燒室、預(yù)燃室組成。三座頂燃式熱風(fēng)爐一列布置，位于高爐右側(cè)，熱風(fēng)爐中心距為12.5 m，余熱回收系統(tǒng)及煙囪位于熱風(fēng)爐組右側(cè)。熱風(fēng)爐組的平行側(cè)為鋼結(jié)構(gòu)框架，鋼結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)五層，框架內(nèi)布置煤氣管道、助燃空氣管道、熱風(fēng)管道、冷風(fēng)管道、煙道、氮?dú)夤艿?、循環(huán)水管道及有關(guān)閥門(mén)。

熱風(fēng)爐各閥門(mén)按照：燃燒→燜爐→送風(fēng)→燜爐→燃燒,循環(huán)的工作過(guò)程，自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行換爐切換工作。由PLC和繼電器聯(lián)鎖完成。正常工作時(shí)為兩燒一送或半交叉并聯(lián)送風(fēng)，兩種工作制度。非正常操作為一燒一送制度。

4 控制及監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

本工程設(shè)置西門(mén)子PLC一套，放置到熱風(fēng)爐低配室。在高爐主控室設(shè)置兩臺(tái)HMI監(jiān)控站，HMI監(jiān)控站通過(guò)光纖通訊與熱風(fēng)爐系統(tǒng)PLC及高爐控制系統(tǒng)相連?？刂葡到y(tǒng)如圖一所示系統(tǒng)采用了西門(mén)子S7-414 3H型冗余CPU，5個(gè)西門(mén)子擴(kuò)展機(jī)架用于安裝量采集模塊和少量數(shù)字量模塊，每個(gè)擴(kuò)展機(jī)架上安裝兩個(gè)冗余型IM153用于將采集到的信號(hào)分別送入兩個(gè)CPU，1個(gè)擴(kuò)展機(jī)架用于安裝Y-LINK，Y-LINK再與現(xiàn)場(chǎng)模塊相連。本系統(tǒng)共用TURCK現(xiàn)場(chǎng)模塊達(dá)178個(gè)，由于1個(gè)Y-LINK只能接64個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模塊，所以用了三個(gè)Y-LINK。另外為編程和操作方便，配備了一個(gè)工程師站，一個(gè)操作員站。

PLC選用SIEMENS S7-400H+圖爾克現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。CPU模塊選用西門(mén)子414H-2DP的產(chǎn)品訂貨號(hào)：6ES7 414H-3HJ14-0AB0，圖爾克模塊采用BL67系列產(chǎn)品，模塊備用點(diǎn)數(shù)需達(dá)到在用量的15%～20%。圖1為低壓電氣室內(nèi)的PLC柜配置圖。

圖1 PLC及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)配置圖

通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與就近分布在熱風(fēng)爐框架及液壓站、助燃風(fēng)機(jī)等不同位置的電氣、儀表總線(xiàn)箱通訊。其中1#電氣總線(xiàn)箱設(shè)置在液壓站內(nèi)主要為44個(gè)液壓閥門(mén)開(kāi)關(guān)DO信號(hào)及液壓站系統(tǒng)的控制DIDO信號(hào)，2#電氣總線(xiàn)箱設(shè)置在+0.0 m的助燃風(fēng)機(jī)旁，主要為1#、2#熱風(fēng)爐的2個(gè)煙道閥、廢氣閥、冷風(fēng)閥、冷均閥DIDO信號(hào)及助燃風(fēng)機(jī)變頻器的DIDO控制信號(hào)。3#電氣總線(xiàn)箱設(shè)置在+6.80 m平臺(tái)，主要為3#熱風(fēng)爐的2個(gè)煙道閥、廢氣閥、冷風(fēng)閥、冷均閥DIDO信號(hào)及助燃風(fēng)機(jī)輔助設(shè)備的DIDO控制信號(hào)；4#、5#電氣總線(xiàn)箱設(shè)置在+6.80 m平臺(tái)，主要為助燃風(fēng)機(jī)放散閥出口閥及預(yù)熱器區(qū)域空氣、煤氣、煙氣入口、出口及旁通閥DIDO信號(hào);6#總線(xiàn)箱設(shè)置在+30.6 m平臺(tái)，主要為3座熱風(fēng)爐的熱風(fēng)爐閥、空、煤氣燃燒閥、煤氣切斷閥、煤氣放散閥、氮?dú)忾y及混風(fēng)閥、倒流休風(fēng)閥的DIDO信號(hào)。儀表總線(xiàn)箱根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)的位置及數(shù)量分別放置在電氣總線(xiàn)箱內(nèi)和各層平臺(tái)上。

電氣IO點(diǎn)和儀表檢測(cè)點(diǎn)就近接入附近的總線(xiàn)箱儀表模塊，通過(guò)總線(xiàn)箱上BL67耦合器模塊上的DP總線(xiàn)與PLC通訊。極大的減少了儀表電纜的敷設(shè)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)箱與操作箱就近布置，便于調(diào)試和檢修。

5 結(jié)語(yǔ)

自投產(chǎn)以來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐證明，圖爾克現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與主控室的CPU之間運(yùn)行良好，通訊正常，保證了熱風(fēng)爐燒爐、送風(fēng)的穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障點(diǎn)查找通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模塊的指示燈來(lái)查找，應(yīng)用方便。經(jīng)過(guò)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，若現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)模塊放置在操作箱內(nèi)，對(duì)于檢修來(lái)說(shuō)更為方便，另外減少了，總線(xiàn)箱與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的連接電纜和接線(xiàn)，減少了電纜和接線(xiàn)工程量，在以后的項(xiàng)目中可以應(yīng)用實(shí)踐。

App lication of TURCK Profibus DP in the Hot Stove of Blast Furnace

Jiang Shuguang
(ShandongMetallurgicalDesigningInstituteCo.,Ltd.,Jinan,Shandong250101,China)

The technical characteristics of TURCK PROFIBUS DP are introduced According to its technical advantages the PROFIBUS was applied in dispersed layout in the field of blast furnace system.The operation reliability of the PROFIBUS is discussed in detail.

PROFIBUS;hot stove;technical characteristic;reliability

TK229

B

1006-6764（2014）12-0076-03

2014-08-29

姜曙光（1980-），男，2009年畢業(yè)于山東大學(xué)控制工程專(zhuān)業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事自動(dòng)化控制工作。