1、 前言
2008年6月，對宣鋼六號高爐進行了大修。之前，自控系統(tǒng)均采用ABB公司Industrial IT F2K系統(tǒng)，為了更好的滿足生產(chǎn)需求，現(xiàn)采用ABB　Industrial IT AC800F DCS 系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制穩(wěn)定、可靠、故障率低，將先進控制思想、現(xiàn)代通訊技術和IT技術的最新發(fā)展集于一身。實踐證明，采用AC800F DCS 系統(tǒng)后，很好地實現(xiàn)了六爐槽下、爐頂、熱風的自動控制。
2、 系統(tǒng)介紹
AC800F系統(tǒng)是ABB公司推出的具有世界領先水平的全能綜合型開放系統(tǒng)，融傳統(tǒng)的DCS和優(yōu)點于一體并支持多種國際現(xiàn)場總線標準。即具備 DCS復雜模擬回路調(diào)節(jié)能力、友好的人機界面（HMI），又具有與高檔PLC指標相當?shù)母咚龠壿嫼晚樞蚩刂菩阅堋Ｏ到y(tǒng)既可連接常規(guī)I/O，又可連接 RemoteI/O 及Prlfibus、FF、CAN、 Modbus等各種現(xiàn)場總線設備。系統(tǒng)具備高度的靈活性和極好的擴展性，無論是小型生產(chǎn)裝置的控制，還是超大規(guī)模的全廠一體化控制，甚至對于跨廠的管理控制應用，Industrial IT都能應付自如。該系統(tǒng)升級到V6.2及更高版本，系統(tǒng)容量可達到140800個I/O，今后如果系統(tǒng)需要擴展，可直接在此基礎上增加I/O或現(xiàn)場總線儀表，利于今后發(fā)展。
系統(tǒng)包括操作級與過程級，操作級包括傳統(tǒng)控制功能，如操作與監(jiān)視，歸檔與信息記錄，趨勢與報警，回路與邏輯控制功能等，為便于管理，所有功能都可在相應過程站中執(zhí)行。做為過程級是由一個或幾個過程站組成，每個過程站由AC800F和擴展單元I/O組成。過程站CPU可以配置為冗余也可為不冗余系統(tǒng)，系統(tǒng)具有各種I/O模件與現(xiàn)場各種類型過程信號相連接。系統(tǒng)提供了兩種工業(yè)總線，過程站總線用于Pfofibus DP通信；I/O總線用于現(xiàn)場 I/O數(shù)據(jù)通信，具有較高的安全性和較強數(shù)據(jù)可靠性。DigiNet s 系統(tǒng)總線用于過程級和操作級，通信傳輸介質(zhì)可以選擇同軸電纜或光纜。
該系統(tǒng)配備了多個過程站和多臺操作站：工程師站使用工控PC機作為工程師站，系統(tǒng)操作員站運行在工業(yè)PC機上，全中文Digivis軟件包基于MS Windows IT 平臺，其圖形操作接口增強了系統(tǒng)的使用與操作，此外，還可能提高外部設備指標如顯示器、打印機等使系統(tǒng)操作更方便。該控制系統(tǒng)在一臺PC機上完成操作與監(jiān)控，系統(tǒng)可擴展至100個操作員站和100個過程控制站。
3、 自控系統(tǒng)硬件結構及網(wǎng)絡連接
此次大修，將硬件設備全部更新，在設備自動控制和數(shù)據(jù)采集、通訊上有了提高。自控系統(tǒng)結構及硬件圖如下：

3.1工程師站ES
當把應用軟件CBF安裝在計算機上，這臺計算機就成為工程師站，可用于自動過程級控制的組態(tài)，還可以完成操作員級畫面、記錄與歸檔畫面的組態(tài)，還可進行過程調(diào)試。系統(tǒng)編程軟件分為項目生成一個項目文件，雖然每個控制器均開辟一定空間作為數(shù)據(jù)變量存儲區(qū)，但在系統(tǒng)編程軟件上僅為一個全局系統(tǒng)變量表，操作員站與過程站之間的數(shù)據(jù)交換直接存取。變量的修改與檢查也是系統(tǒng)全局，系統(tǒng)的過程站與操作員站的組態(tài)為一套軟件。實現(xiàn)了系統(tǒng)全局數(shù)據(jù)庫技術，即 “分散存儲，全局管理”。
3.2過程控制站PS
對過程設備的控制、運算（加、減、乘、除及邏輯運算）、監(jiān)控、趨勢采集的組態(tài)都在過程站下面組態(tài)完成，過程站的硬件設備包括AC800F和各種模件。
根據(jù)工藝要求，整個控制系統(tǒng)由兩個過程站完成，槽下過程站和熱風過程站。槽下過程站位于槽下，用于對槽下上料、爐頂上料的自動控制，熱風爐過程站，位于熱風操作室，用于熱風爐和高爐的各種溫度、壓力、流量等儀表信號的采集。兩個過程站均采用冗余AC800F控制器?，F(xiàn)場控制器AC800F下掛 S800 I/O模件，之間的通訊采用Profibus DP現(xiàn)場總線協(xié)議。AC800F現(xiàn)場控制器的Profibus模件（FI830）與冗余連接模件 （RLM01） 經(jīng)Profibus DP線連接，再連接到CI840 模件，CI840是標準Profibus-DP/DPV1全冗余通信接口，CI840通過配套TU847底座實現(xiàn)冗余連接，保證了數(shù)據(jù)通訊的可靠性。下圖是AC800F現(xiàn)場控制器與S800 I/O站之間的連接圖。

3.3操作員站OS
用于對各工藝過程及參數(shù)進行監(jiān)控，顯示生產(chǎn)流程畫面，趨勢畫面，記錄，報警等的組態(tài)。槽下配有2臺工控機作為操作站,用于對槽下上料及爐頂上料的監(jiān)控。六爐主控室也有兩臺操作站，用于高爐自控系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控及上料料單的設定等。在熱風操作室，配有1臺工控機作為操作站，對四座熱風的狀態(tài)進行監(jiān)控。
3.4通訊網(wǎng)絡
過程站、操作站、工程師站間的通訊通過DigiNet S實現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信采用冗余光纖環(huán)網(wǎng)方式，遵循工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議。在各節(jié)點安裝兩個工業(yè)級光纖交換機，采用冗余方式，每一接點的交換機有故障時，均可自動切換。光纖環(huán)網(wǎng)保證任一接點斷電，故障，任一段光纖中斷都不影響整個系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)了通訊接口完全冗余。
這樣，系統(tǒng)各節(jié)點間的的相互通迅，將過程站、工程師站、操作站及模件等各硬件設備連接起來構成一個分布式控制系統(tǒng)的通迅網(wǎng)絡。見下圖

4、 過程站實現(xiàn)功能
4.1槽下過程站
4.1.1槽下上料
槽下過程站主要控制槽下上料，高爐本體上料及通訊。本次大修，槽下設備也進行了相應的改動。稱斗由原來的5個增加為7個，1至4號稱斗各有兩個振動篩，對應4個給枓機，5至7號稱斗為一個振動篩，每個稱斗對應2個給料機。兩個焦斗，其中1號焦斗新增給料機。另外，參與自動控制的設備還有中間斗，皮帶，返礦皮帶，主卷揚，返焦。
稱斗：稱斗對應的給料機均為變頻控制。根據(jù)料單輸入的礦種、礦重，進行篩料，同時，根據(jù)流量、零點進行計算，并做出補償。
焦斗：也是根據(jù)料單的重量及選擇情況，進行篩料。
皮帶：根據(jù)中間斗、翻板情況，自動啟皮帶低速，5秒后高速運行。
中間斗：稱斗放料，經(jīng)主皮帶將入爐物料送至中間斗，再經(jīng)主卷揚入爐。
主卷揚：根據(jù)裝料方法，判定焦、礦，開焦或中間斗料門，通過變頻控制啟動主卷揚，運行過程中，根據(jù)時間進行了高、中、低速的選擇。為保證主卷揚正常運行，兩個變頻器一用一備。
返礦皮帶：當稱斗空需要篩料或有振動篩工作時，啟動返礦皮帶。
返焦：東、西兩返焦投自動。并根據(jù)現(xiàn)場實際需要，在啟動焦篩后，有啟一車或兩車的選擇。
軟水的控制：對膨脹罐充壓閥、溢流閥進行控制，還可放散閥還可調(diào)節(jié)。同時，對膨脹罐液位，壓力進行監(jiān)控。
槽下自控關鍵部分有料單的分解，處方的運行，篩料時變頻的控制以及主卷揚、焦炭的自動控制。
在料單的分解、運行中及處方的運行中，大量運用了順序功能塊圖SFC和功能塊圖FBD，對料單進行初始設定并對所送料單的裝序進行判斷，對裝法中的焦、礦位置、個數(shù)進行判定，為篩料、放料工作打下基礎。在畫面中，還增加了“程控”、“批加”、“批減”“處方加一”等按鈕，使手、自動之間有正常的切換、校正。
各稱斗的篩料用變頻器控制。每個稱斗對應兩個料倉，為保證篩料的準確，對稱斗的兩個料倉分開控制，分別用線性化塊根據(jù)重量進行輸出控制，同時，還增加了操作工可自行調(diào)整的流量設定，為進行最準確的篩料打下了基礎。
槽下主卷揚的運行極為關鍵。為保證下常運行，在程序上進行加工，增加了報警畫面。在控制中，除用信號進行判定外，還用時間控制作為條件，起到了雙重保護的作用。
在焦炭的控制中，還實現(xiàn)了焦斗自動補償，在篩料過程中都會和上次進行比較，將多篩或少篩部分以誤差的形式計算到下次篩料中，以達到“多篩減掉，少篩補齊”的效果。清焦誤差，雖然說，計算出焦炭誤差最終可以實現(xiàn)焦的自動補償，但是，如果誤差值太大或太小，會影響到停篩值的計算，從而影響篩料的準確性。所以，在一定 的時候還得對誤差進行清零。在槽下操作畫面中，有一清焦誤差按鈕，下方有1＃和2＃焦斗的誤差值，點擊按鈕，即可清零。
4.1.2高爐本體上料
高爐爐頂采用串罐式無料鐘爐頂設備。
爐頂工藝流程分兩部分，一部分是爐料從受料斗到料罐，另一部分是由料罐到高爐。爐料從受料斗到料罐，滿足放料條件后，開放散閥，放散閥開后延時6秒，開上密、開截料閥、關放散依次進行，將受料斗中的爐料放入料罐。等受料斗的爐料全部進入料罐，受料斗是否為空，可由兩個條件來辨定，一是截料閥開到極限位延時20秒，一是受料斗的重量，如果重量小于1.0t ，就為空。放空之后，關截料閥，關上密閥。此時第一部分流程結束，第二部分開始。從料罐到高爐，也是滿足相應的放料條件后，提探尺，探尺提到零位后，開下密閥，轉回轉，開料流。此時爐料開如進入高爐，料罐空放后，大開料流關均壓閥，料流大開一下，關料流，關下密，停回轉，回轉停，完成爐頂放料的一個循環(huán)。
受料斗：接受從絞車送來的料，下口有一個截料閥。截料閥、上密、放散閥都在關位置，受料斗料不夠：絞車即可往上送料。料夠后，通過截料閥、上密實現(xiàn)向料罐裝料。
料罐：貯存爐料，可容納一批礦或一批焦。在料罐上口安有上密封閥，可在料倉漏料入爐時，密封住爐內(nèi)煤氣。料倉下口有下密閥。料罐空，受料斗料夠：打開放散，打開上密封閥，打開截料閥，關放散，料入料罐。受料斗料空后，上密封閥和截料閥關閉，料倉均壓。當探尺發(fā)出裝料入爐的信號時，打開下密封閥，同時給溜槽信號，使其由停機位置起動旋轉。
探尺：探測爐內(nèi)料面深度。當料面達到設定值，提探尺，允許料罐向爐內(nèi)放料。
溜槽（傾動）：它的傳動機構，包括行星減速機和氣密箱兩部份，傳動系統(tǒng)要使溜槽能完成繞高爐中心線的旋轉運動和在垂直平面內(nèi)改變溜槽傾角運動。溜槽的傾角驅(qū)動是由一臺交流伺服控制器完成的。為了對溜槽泊位置進行準確定位，設置有絕對角度編碼器。在溜槽傾角的兩個極限位置設有兩個位置傳感器（接近開關）作為安全自鎖和報警裝置。
料流：是通過閥門角度（γ）的改變，調(diào)節(jié)向高爐布料的料流速度，用于和傾動傾角（α）和旋轉（β）同步配合，達到符合要求的每層布料。
回轉：通過變頻電機控制溜槽的旋轉速度，以達到工藝要求的溜槽在每一環(huán)上的圈數(shù)。
高爐本體的自動控制中，關鍵部分有：
頂壓的調(diào)節(jié)
在生產(chǎn)過程中，頂壓的調(diào)節(jié)優(yōu)為重要，因為它影響爐況，直接影響到產(chǎn)量、焦比等。自動控制中，對調(diào)壓閥組閥門的關閉程度來調(diào)控爐頂?shù)膲毫ΑＭㄟ^頂壓的設定值SP與進程值PV比較，進行PID調(diào)節(jié)。為滿足生產(chǎn)，還對SP值進行了加工，根據(jù)料罐料種的不同，以及料罐放料前后都做了調(diào)整。同時，根椐東、西頂壓的實際值給出PV值，增強了調(diào)節(jié)的準確性。
料流、傾動、回轉的控制
料流、傾動、回轉的控制，均采用編碼器，以實現(xiàn)反饋角度的計數(shù)。為增強找角的準確性，可修改程序中的基數(shù)和變比。其中，在料流的反饋中，還將焦、礦分開。運行過程中，如果對設定的角度找角有偏差時，可在線性化塊中調(diào)整輸出。
爐頂電磁閥備用和現(xiàn)用之間可進行切換，探尺的控制中，可單尺作業(yè)，也可雙尺。為方便操作，在畫面上增加按鈕，進行選擇。
回轉不轉報警輸出
受料斗空及料罐空的信號監(jiān)控
4.2熱風過程站
熱風過程站主要實現(xiàn)熱風爐自動控制，主要包括四個熱風爐的換爐與各調(diào)節(jié)閥的閥位開關顯示以及其它閥的開關和各閥極限位、各點溫度、壓力、流量等值的顯示。同時，還對高爐頂壓進行調(diào)節(jié)，以及高爐本體各儀表信號的采集，監(jiān)控。
4.2.1熱風爐控制
每座熱風爐的狀態(tài)包括閉爐、燃燒、送風三種，在畫面中每種狀態(tài)都用不同的顏色加以表示，每座熱風爐上的各個閥的開關極限位也有不同的顏色顯示出來，而在開關轉換的過程中，其過程狀態(tài)則用另一種顏色表示。同時在畫面中各種儀表數(shù)據(jù)也都用數(shù)字值顯示出來。這種很直觀的顯示方式很能說明當前的爐況，給操作工觀察及操作帶來極大的方便。
在組畫面中各調(diào)節(jié)閥的設定值以及過程值閥位反饋值等都可以顯示出來，而且它的過程值也可以通過設定來重新改變差值，使調(diào)節(jié)閥根據(jù)差值來自動的開或者關。
熱風爐在高爐煉鐵中起著非常重要的作用，而熱風爐的關鍵就在于它在燒爐、送風等過程中的操作是否正確合理，這就關系到它的煤氣流量、空氣流量、燒嘴溫度、頂壓等控制是否達到要求，其中調(diào)節(jié)閥主要就是用來控制這些流量、溫度、壓力等的變化，所以它控制的成功與否直接與高爐的情況在著必聯(lián)系。在控制中，主要有對煤氣壓力、風溫的調(diào)節(jié)，各熱風爐助燃風流量、煤氣流量、燒嘴溫度的調(diào)節(jié)，有自動、手動方式，滿足了工藝要求。同時，還對煤所流量和冷風流量進行了當前累計和月累計。
六號高爐中的四座熱風爐的煤氣流量、空氣流量、頂壓、燒嘴溫度等模擬量均由PID調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥的自動實現(xiàn)是這些參數(shù)運行穩(wěn)定的保障。
調(diào)節(jié)閥的自動控制原理是：由調(diào)節(jié)儀表給進來的4――20MA模擬輸入信號接入過程站的模擬輸入（DAI05）模件，經(jīng)AD轉換后與計算機內(nèi)的調(diào)節(jié)閥閥位信號進行比較，根據(jù)差值輸出相應的開關信號用于驅(qū)動伺服電機正反向轉動，經(jīng)機械減速變換后驅(qū)動閥門，輸出4――20MA模擬信號供系統(tǒng)顯示跟蹤控制，控制原理圖如下：

實踐證明，基本上達到了要求，充分發(fā)揮出了方便、準確的調(diào)節(jié)作用。從而使熱風爐在高爐供熱風的過程當中更加穩(wěn)定、精確，為保證高爐的順行提供了有力的保障。
4.2.1本體信號監(jiān)控
來自本體的熱電偶信號，先進行過程站，所用為TRUCK　BL67系列產(chǎn)品，熱電偶信號直接進入工BL67模擬量模件2AI－TC，　再通過PROFIBUS－DP與AC800F進行通訊，BL67模擬量模件可自由插拔，無需斷開現(xiàn)場接線，易于維護。
5、 結束語
目前，該系統(tǒng)運行正常。DCS系統(tǒng)為實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)提供了有效的控制手段，同時提供了充足的數(shù)據(jù)依據(jù)，該系統(tǒng)提高了勞動生產(chǎn)力，提高了經(jīng)濟效益，保證了高爐生產(chǎn)。產(chǎn)實踐證明，能夠可靠、穩(wěn)定、精確、高效地運行，且界面友好、保護功能完備、故障診斷功能強，便于系統(tǒng)維護，獲得了良好的社會、經(jīng)濟效益。