1 引言
“透明工廠”理念是近年自動化控制領域新提出的控制理念。該理念針對生產(chǎn)過程,通過網(wǎng)絡架構(gòu)、PLC控制器、智能儀表等控制設備,使各個工藝過程、工藝環(huán)節(jié)成為一個有機的整體,體系結(jié)構(gòu)允許最終用戶將其設備集成運行到一個更高的水平上,實現(xiàn)集約化的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品調(diào)配。各級用戶可以憑借授權(quán)等級通過上位監(jiān)控機(HMI)了解、掌握和實際操作,達到生產(chǎn)的高度透明化、開放化,從而大大減少系統(tǒng)集成的工作量,降低了車間操作人員和調(diào)度員的勞動強度,提高了企業(yè)現(xiàn)代化管理的水平。透明工廠是建立在新的信息技術(shù)(IT)和通訊技術(shù)基礎上的,這些技術(shù)包括OPC開放軟件標準和WEB技術(shù)等。主要包含三方面的內(nèi)容:基于TCP/IP以太網(wǎng)的通訊、WEB模式的網(wǎng)絡應用和面向?qū)ο蟮木幊獭?BR>濟鋼新近投產(chǎn)的3＃1750m3高爐工程的自動化系統(tǒng)開發(fā)就是本著“透明工廠”的理念,基于羅克韋爾公司新一代Controllogix系列AB控制系統(tǒng)開發(fā)完成的。該項目自動化系統(tǒng)采用二級計算機控制系統(tǒng),一級為基礎自動化系統(tǒng)，以AB公司Controllogix系列PLC為核心，監(jiān)控軟件RSView SE為實時監(jiān)控系統(tǒng)完成電氣傳動控制、儀表過程控制，使用網(wǎng)絡技術(shù)構(gòu)成基于控制器的分布式控制系統(tǒng)，監(jiān)控站采用客
戶機(Client)/服務器(Server)結(jié)構(gòu)。二級為過程計算機系統(tǒng),二級計算機系統(tǒng)采用客戶/服務器結(jié)構(gòu),實現(xiàn)煉鐵的工藝技術(shù)參數(shù)計算等。一級和二級之間通過網(wǎng)絡進行通訊,通訊協(xié)議完全開放,在上掛總公司主干網(wǎng),可以與MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))和ERP(企業(yè)資源計劃)無縫的連接。

2 “透明工廠”網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡系統(tǒng)運行在安全穩(wěn)定的環(huán)境中,是“透明工廠”理念應用是否成功的關(guān)鍵,設計中我們采用環(huán)形和放射性組網(wǎng)結(jié)合的原則,對高爐生產(chǎn)影響指數(shù)高、上下數(shù)據(jù)傳輸量大、工藝環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密的子站,采用冗余的環(huán)形組網(wǎng)。對輔助系統(tǒng),下行數(shù)據(jù)量小的系統(tǒng),采用放射性組網(wǎng)方式。同時,為了最大限度的使系統(tǒng)“透明化”,一些具備網(wǎng)絡功能的智能儀表、控制器和其他廠家的PLC,也通過相應的通訊模板上掛以太網(wǎng)。信息的集散統(tǒng)一在爐頂PLC安裝的Prosoft公司的1756-MNET、1756-DNB模塊收發(fā),打包信息經(jīng)編譯處理后,再打包傳送給Modicon等處理器,作為最新的實時的控制條件輸入。“透明工廠”網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)參見圖1。

圖1 “透明工廠”網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

2.1 基礎控制層(L1級)完成的主要功能
(1) 礦槽部分:包括對礦石系統(tǒng)、焦炭系統(tǒng)、焦丁系統(tǒng)及上料主皮帶電氣設備的控制，完成高爐的供配料(料批周期程序，正常裝料程序，趕料程序，礦石系統(tǒng)供配料程序，焦炭供料程序);
(2) 爐頂部分:對爐頂布料系統(tǒng)及有關(guān)部分的檢測與控制:爐頂打水系統(tǒng);爐頂氣密箱及罐壓控制系統(tǒng);多環(huán)布料、爐頂料罐及上料系統(tǒng)檢測與控制;
(3) 爐頂液壓站、調(diào)節(jié)閥液壓站、干油站、稀油站;a、b、探尺直流控制。
爐身部分:自動控制、調(diào)節(jié)爐頂壓力，控制高爐的出鐵質(zhì)量。
(4) 冷卻壁部分:控制高爐冷卻水，保護高爐本體。控制膨脹罐壓力，自動補水，控制膨脹罐液位在正常范圍，同時有事故補水系統(tǒng);
(5) 熱風爐部分:包括三座熱風爐和一座液壓站，實現(xiàn)了熱風爐換爐，燃燒,送風,自動尋優(yōu)等功能;
(6) 原燃料系統(tǒng):原燃料計量、球團供料、燒結(jié)供料、生礦供料、焦炭供料;
(7) 水處理系統(tǒng):軟水系統(tǒng)、凈水循環(huán)系統(tǒng)、爐役后期供水泵站。
2.2 過程控制層(L2)完成的主要功能
過程數(shù)據(jù)的收集、過程監(jiān)視、原燃料管理、專家系統(tǒng)數(shù)學模型、生產(chǎn)操作指導、數(shù)據(jù)通訊、歷史數(shù)據(jù)存儲和處理、報表打印。
(1) 過程數(shù)據(jù)的收集
該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡接收來自基礎自動化系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù),包括原燃料數(shù)據(jù)、上料數(shù)據(jù)、爐頂數(shù)據(jù)、爐內(nèi)冶煉數(shù)據(jù)、煤粉噴吹數(shù)據(jù)、出鐵數(shù)據(jù)、等等。有些數(shù)據(jù)不能自動獲取，或者通信故障時,操作員可在操作站上人工輸入到該系統(tǒng)中。
(2) 過程監(jiān)視
過程監(jiān)視是基于收集到的過程數(shù)據(jù)完成的。過程監(jiān)視主要包括下列內(nèi)容:原燃料裝料數(shù)據(jù)、爐頂溫度、壓力數(shù)據(jù)、爐頂煤氣數(shù)據(jù)、爐體各部溫度數(shù)據(jù)、爐體各部冷卻水流量數(shù)據(jù)、噴煤數(shù)據(jù)、出鐵場渣鐵數(shù)據(jù)、沖渣數(shù)據(jù)、熱風爐系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)。
(3) 原燃料管理
該系統(tǒng)對原燃料入/出槽進行管理，包括:
原燃料數(shù)據(jù)的輸入:每次原燃料入槽時，按料槽輸入原燃料的牌號、成份、入槽量等數(shù)據(jù)。
槽存量管理:根據(jù)實際上料數(shù)據(jù)，管理原燃料槽存量等數(shù)據(jù)，低于規(guī)定量時進行報警。
(4) 專家系統(tǒng)數(shù)學模型
為滿足高爐生產(chǎn)穩(wěn)順,采用高爐專家系統(tǒng)進行生產(chǎn)指導，提高鐵水質(zhì)量，降低能耗。
高爐數(shù)學模型專家系統(tǒng)實現(xiàn)功能:
綜合計算集:爐料裝入跟蹤、爐頂煤氣成分與溫度分布、爐內(nèi)化學平衡、爐腹(風口區(qū))綜合計算、爐缸綜合計算等。
在線動態(tài)冶煉數(shù)學模型計算集:綜合配料模型、爐內(nèi)爐料模擬模型、物料平衡模型、Rist模型、爐熱計算模型、爐缸平衡模型、鐵水溫度預報模型、鐵水Si含量預報模型。
CRT數(shù)據(jù)編輯:料倉品種設定、原料化學成分編輯、出鐵/渣信息編輯、知識庫規(guī)則參數(shù)編輯、配料模型數(shù)據(jù)編輯。
系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫:在線數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、冶煉知識數(shù)據(jù)庫。
(5) 高爐異常爐況:包括滑料、壓力損失、渣皮脫落、料面傾斜、爐溫波動、料線過低、爐缸狀態(tài)、煤氣利用率變化、水系統(tǒng)漏水、爐況穩(wěn)定狀態(tài)等近百條報告內(nèi)容。
(6) 高爐異常爐況預報:包括爐熱趨勢、崩料孔隙、懸料、管道行程、爐壁結(jié)厚等。

3 系統(tǒng)應用效果
該高爐自動化系統(tǒng)自2005年8月投運以來,運行良好。從實際生產(chǎn)運行情況看,由于“透明工廠”理念的成功應用,極大的方便了操作人員對整個系統(tǒng)的監(jiān)控、工程師維護工作,大大地減少的故障停機時間,大大地提高了生產(chǎn)率。強大實時、歷史數(shù)據(jù)庫,記錄了高爐生產(chǎn)的過程控制特性,給高爐穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有力的支持。同時專家系統(tǒng)能夠提前2小時左右預報爐溫及實時報告高爐運行的各種異常征兆,同時提示處理方法,避免爐況波動,解決高爐順行和相關(guān)設備的保護問題。提供從配料到出鐵之間各生產(chǎn)過程的冶煉數(shù)學模型,提供全套爐況推理規(guī)則及規(guī)則組合,高爐異常情況推理機等。依該高爐目前的情況為基礎,應用這套系統(tǒng)后可將燃料比下降至500kg/t鐵以下。

4 結(jié)束語
濟鋼3＃1750m3高爐工程的自動化系統(tǒng)無論從投產(chǎn)后運行的順利程度還是從生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定性來看,都達到了國際先進水平，產(chǎn)業(yè)化和推廣應用的前景廣闊。