謝紹文

摘 要：以福建三安鋼鐵有限公司1#高爐系統(tǒng)為例，介紹了圖爾克現(xiàn)場總線在高爐上料系統(tǒng)中的應(yīng)用。此工程于2012-07正式投入生產(chǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，操作、維護(hù)簡便。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；高爐上料系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；控制儀器

中圖分類號(hào)：TF321.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.092

1 圖爾克現(xiàn)場總線簡介

現(xiàn)場總線技術(shù)于20世紀(jì)70年代誕生，具有多方面的優(yōu)越性，得到了大范圍的推廣，引導(dǎo)了自動(dòng)控制領(lǐng)域的一場革命。本文主要介紹了圖爾克現(xiàn)場總線技術(shù)在高爐上料中的應(yīng)用。

現(xiàn)場總線FF（Field Bus）的概念起源于20世紀(jì)70年代。當(dāng)時(shí)，主要考慮將操作室的現(xiàn)場信號(hào)與控制儀器的控制信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式由1組總線傳送，不必每個(gè)信號(hào)都要用1組信號(hào)線。隨著儀表智能化和通訊數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能。

由全數(shù)字現(xiàn)場控制系統(tǒng)代替數(shù)字和模擬分散型控制系統(tǒng)已成為工業(yè)化控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)場總線已經(jīng)發(fā)展成為集計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)、現(xiàn)場控制和生產(chǎn)管理等內(nèi)容為一體的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（Field-bus Control System）。它將通信線一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備，用于過程和制造自動(dòng)化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，將傳統(tǒng)的DCS或PLC的3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變?yōu)?層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可靠性，實(shí)現(xiàn)了控制與管理一體化的結(jié)構(gòu)體系。

2 控制系統(tǒng)綜述

高爐上料系統(tǒng)包括礦槽和爐頂兩個(gè)區(qū)域，所包含的設(shè)備比較分散。如果采用傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，則敷設(shè)的電纜和施工量將大大增加。因此，為了簡化控制系統(tǒng)，降低施工量，在此次高爐上料系統(tǒng)中采用了圖爾克現(xiàn)場總線設(shè)備。

圖爾克公司的總線模塊通過采用一種開放型的Profibus-DP現(xiàn)場總線協(xié)議與控制器通訊，現(xiàn)場信號(hào)采集模塊通過具有IP67防護(hù)等級(jí)的IO預(yù)鑄電纜連接外部設(shè)備。

總線模塊包括3個(gè)主要部分：①網(wǎng)關(guān)模塊。主要負(fù)責(zé)完成開放型現(xiàn)場總線系統(tǒng)之間的所有通訊任務(wù)。在整個(gè)總線系統(tǒng)中它作為掃描器/檢測器控制系統(tǒng)內(nèi)部的所有通訊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。②總線上的每一個(gè)站點(diǎn)均包含通訊和IO采集模塊，包括開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、開關(guān)量輸入/輸出、模擬量輸入和模擬量輸出。③終端電阻。在總線網(wǎng)絡(luò)的終端位置接入終端電阻，相應(yīng)站點(diǎn)為此總線的終點(diǎn)，從而提高總線通訊的穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)組成

3.1 主站

主站采用西門子公司高可靠性的S7-400可編程邏輯控制器，PLC主站通過CPU自帶的Profibus-DP通訊接口與圖爾克現(xiàn)場總線通訊，并采用以太網(wǎng)通訊模塊CP433-1通過交換機(jī)與上位機(jī)通訊。主站指可編程邏輯控制器（PLC）、上位機(jī)，完成總線通信控制與運(yùn)算收集的信號(hào)，并發(fā)出設(shè)備控制指令。

3.2 從站

從站用于采集現(xiàn)場設(shè)備和儀表的狀態(tài)信號(hào)、參數(shù)和將控制系統(tǒng)發(fā)出的控制命令發(fā)送到設(shè)備所對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從站可分為以下4種方式：①西門子PLC本身帶有IO子站，可分為S7400、S7300和S7200，IO子站可作為Profibus-DP上的從站之一。PLC主站通過IO子站采集現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)，并發(fā)出設(shè)備控制指令。正控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)均在主站中完成。西門子PLC的硬件組態(tài)直接在Step7調(diào)用對(duì)應(yīng)的硬件進(jìn)行組態(tài)。圖爾克現(xiàn)場總線設(shè)備的組態(tài)要預(yù)先導(dǎo)入圖爾克提供的GSD文件，這樣在Step7組態(tài)軟件中才找到相應(yīng)的硬件列表，最終完成組態(tài)。②現(xiàn)場I/O總線模塊。它用于連接控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場設(shè)備，按照主站發(fā)出的指令驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場設(shè)備，并將I/O輸入和故障診斷等住處反饋至主站?，F(xiàn)場總線從站的IO地址由主站組態(tài)時(shí)統(tǒng)一分配，這樣在主站編程時(shí)使用分散式I/O與使用主站的I/O沒有區(qū)別。③帶有Profibus-DP通訊接口的驅(qū)動(dòng)器、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備。它們?cè)谥髡旧贤瓿捎布M態(tài)和參數(shù)設(shè)置。④操作站人機(jī)接口界面采用西門子公司的上位機(jī)監(jiān)控軟件WINCC6.0；工程師站采用的編程軟件為西門子的S7 V5.5.

高爐上料系統(tǒng)的PLC組態(tài)如圖1所示。

另外，整個(gè)高爐上料控制系統(tǒng)設(shè)置了4臺(tái)上位機(jī)，分為2個(gè)操作站。其中，一臺(tái)操作站設(shè)置在礦槽上料操作室，主要完成礦槽上料和爐頂布料的監(jiān)控和運(yùn)行；另外兩臺(tái)設(shè)置在高爐主控室，其中，一臺(tái)用于監(jiān)控上料系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，不參與操作，另外一臺(tái)作為工程師站或備用。上位機(jī)可顯示所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和每個(gè)檢測參數(shù)，且每個(gè)檢測參數(shù)均設(shè)置了實(shí)時(shí)趨勢和歷史趨勢，以便于查詢。在該系統(tǒng)中，可記錄每一個(gè)報(bào)警信息，操作人員可查詢?cè)O(shè)備在什么時(shí)間發(fā)生了什么故障，以方便維修人員維護(hù)和檢修設(shè)備。

4 結(jié)束語

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，圖爾克現(xiàn)場總線與中控室CPU之間的通訊連接未出現(xiàn)問題，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，可通過現(xiàn)場模塊的指示燈查找現(xiàn)場設(shè)備的故障點(diǎn)，客戶對(duì)控制系統(tǒng)非常滿意；而不足之處在于設(shè)計(jì)時(shí)礦槽稱重儀表、液壓站閥臺(tái)電磁閥控制采集未采用TURCK現(xiàn)場 PROFUBUS總線的方式，導(dǎo)致中央控室內(nèi)的電纜數(shù)量較多，但類似的問題在后續(xù)的項(xiàng)目中我們會(huì)作出相應(yīng)的改進(jìn)。

〔編輯：張思楠〕

Abstract： In 1# blast furnace system in Fujian iron and Steel Co. Ltd. as an example， introduces the application in the system of Turck Fieldbus in blast furnace. This project formally put into production in 2012-07， the whole system of the automation degree is high， the system is running stable and reliable operation， easy maintenance.

Key words： field bus； blast furnace feeding system； network structure； control instruments