工业现场总线技术在炼铁高炉系统中的应用挂面机苏州投影幕布贴体机保龄球馆

工业现场总线技术在炼铁高炉系统中的应用

一、引言

传动机构的偏心盘由机电驱动工业现肠粉机场总线技术是近几年自动化行业最为关注的技术之一，给各行各业的自动化控制技术带来了一次质的飞跃。

现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是由各种现场仪表通过互连与控制室内人机界面所组成的系统；一个全分散、全数字化、全开放和可互操作的生产过程自动控制系统。也正是由于这些特点，以现场总线作为技术支撑的FCS在工业自动化领域有明显的优势，诸如很高的精确性、组志简单、设计安装方便、易于维护和扩展、可以节约软硬件投资等，被称为第五代控制系统，成为当今工业自动化发展的必然趋势。它使过程控制领域的自动化装置由DCS向FCS过渡，DDC（直接数字控制）功能将彻底分散到现场，使先进的现场设备管理功能得以实现。现场总线已广泛应用于各个领域食玩，如电力监控、能源管理、自动测试系统等等。

我厂高炉生产主要由高炉系统、喷煤系统、热风系统、卷扬系统及槽下部分等构成，生产工艺复杂，分散点多，环境条件特殊，对电气设备的要求非常高，这就造成了电气自动化系统非常庞杂，故障率高，维护量大。将开放、成熟的德国TURCK公司的工业现场总线技术应用到5＃高炉生产中去，在我公司取得了良好的效果。

二、高炉自动化控制系统的现状

我公司以前的高炉生产自动化控制系统采用美国GE 公司的Series 90－70／30的 PLC设备，此设备运行稳定，可靠性高。现场设备的各种开关及模拟信号通过信号电缆汇到PLC模板处，供PLC采集，进行处理，然后输出，控制现场设备运转，来满足高炉生产的需要。如图1所示：

图1 DCS逐步成为汽车轻量化的重要选择控制图

从上图可以看出：

整个系统的关键在于主机入口处的瓶颈现象。由于现场及设备多，且比较分散，信号进入PLC后，必须经过A／D、D从转换过程，且精确度有所降低，这样就迫使PLC 的扫描周期加长，不利于主机腾出手来从事优化工作，使整个主机性能下降，直接威胁到高炉各种信号的实时性。

另外，现场及设备所处的环境特殊，与之相连接的电缆比较多，维护量大，故障率高，影响到整个高炉自动化控制系统的稳定性和可靠性。

三智能制造升级、提高自动化程度、从内部管理和工艺创新等方面进行本钱控制同样成为很多企业的选项、现场总线的选用

1. 现场总线的优点

PY fibllsoP现场总线是Pr。fiblls现场总线的一个性能优化版本，专门用于自动化系统与分布式外围设备之间的临界通信任务。这种总线适合于替代价格昂贵的 24V DC和 4～20mA测量信号平行传输线路。

德国TURCK公司开发的工业现场总线是现场仪表、设备与控制室系统之间的一种开放、全数字化、双向通信与多站的通信系统，为我厂已建成的千兆位以大系统提供了现场级的控制功能。这次我炼铁厂5＃高炉大修选用TURCK公司的工业现场总线，可避免几千个检 测点和控制点的检测信号汇集到DCS 的入日处所造成的信号堵塞，从而把60％以上的控制功能下放到现场仪表，增加了系统的安全性和可靠性。

采用现场总线主要有以下优点：

（1）可以减少1／2—2／3的隔离器、端子柜、I／O柜、l／O终端，这样大大节省了10装置及装置室的空间；

（2）由于免去了D／A及A／D转换的过程，使信号精确度可以从±0．5％提高到±0．1％；

（3）由于可以将PID功能植入到变送器或执行器中去，使控制周期大为缩短。目前可以从DCS的每秒调节2－3次增加到每秒10－20次，从而改善了调节性能；

（4）组态简单，安装、运行、维护简便；

（5）采用IP67的防护等级，使之完全适合高炉现场的恶劣环境。

2.5＃高炉大修工业现场总线的组态方式

为使TURCK公司开发的工业现场总线产品更好地应用到生产中去，必须使之与高炉主 PLC（GE公司 series 90．30）系统有机地结合在一起。

5＃高炉系统由高炉、热风、喷煤、卷扬及槽下（包括除尘）部分组成。每个部分都负责一定的区域，它们之间既相互独立，又密不可分，相互联系。任何一个环节出问题，都将导致高炉的直接休风，影响生产。

为此，以上各个部分都配有自己独立的 series 90－30 PLC控制系统，且从各自的PLC 总线接口分别架设一条工业现场总线到各自所负责的区域。PLC通过各自的总线系统采集现场的实时数据进行处理及控制。这样，就可以使复杂的高炉生产系统分成五部分总线来设计，避免总线的连接过于复杂，有利于工业现场总线优势的发挥。5＃高炉总线布置图如图2：

图2 5＃高炉总线布置图

高炉各个部分的PLC之间利用已建成的千兆位局域进行通讯，相互联系。把现场的实时数据提供给操作者进行参考，由此判断炉况。

（1）与PLC的总线接口

GE公司的主PLC设备，支持工业总线Profibus-DP协议，具有很强的扩展性，机架上挂接一块总线接口PBM模板，利用Profibus-DP 协议来完成从工业总线上采集数据、传递信息的任务，控制现场设备的运行。

为使PBM模板能够正常工作，要求CPU的软件版本在8.0以上，因而PLC 主处理模块采用GE 公司新推出的IC693 CPU364。为保持其兼容性，使用GE公司自己开发的Vesapro组态软件，通过Turck公司提供的GSD文件来完成对总线的配置。

组态图如图3：

图3 组态图

（2）总线的连接方式

数字量输入／输出模板的每个模板都有电源接口、总线接口，以及连至现场设备的控制接口。我们采用“点保护”方式，这样由于各模板上的点相互独立，不会因为其它点的故障而导致整个系统的停止运行，符合了高炉生产的特殊需要。而模拟量输人／输出模板采用的是“组保护”方式，通过隔离器，经总线电缆连至PLC。

总线模板支持最高12Mbd 的通讯速率，它可以自动调节到主站的通讯速率，模板地址由保护盖下的两个旋钮开关来设定，它可设定为0—99。

Profibus-DP总线由M12 eurofast＠接插件连接，电源由5针7/8ˊˊ minifast＠接插件连接。如图4所示：

其中有二根专用电缆：

a. 电源电缆

采用一棵专用的电源电缆为各总线模块供电，通过卡通气模总线供电单元来实现。该供电单元由总线电源及总线辅助电源构成。分别通过两路直流24V电源单独供电。这样，数字量输入／输出模块可直接利用总线电源进行工作，而模拟量输入／输出模块除自身利用总线电源外，还可利用总线辅助电源，对现场的智能化仪表进行供电，方便至极。每个模块上均有一个绿／红的指示灯（LED）指示ON状态或短路状态，易于观察和查找故障。

b. 总线电缆

使用Profibus-DP协议进行通讯的专用总线通讯电缆，采用先进的全屏蔽设计，以防止信号的干扰。它把分散在现场的各个模块连接在一起，共用一条总线，以数字方式进行通信与传送，能够达到信息的采集、传输，处理最佳的集成与协调。然后，通过总线模板（PBM）与PLC 设备相连接，每条总线的末端加上终端电阻。若总线挂接的模块过多，需加总线中继器。

四、应用效果及未来展望

采用现场总线避免了大量的点到点的电缆敷设，降低了线路敷设设计的难度和施工的复杂性，节省了投资、安装、调试及维护的费用，减少了高炉休风次数，为我厂的生产带来了直接的经济效益，收到了良好效果。

面对对世界技术革命的挑战，我们应该把握机遇，缩短与西方国家的距离。现场总线技术在自动化控制系统中的应用，必将拥有越来越广泛的领域和空间，对我们的发展起到良好的促进作用。(end)