西門子PLC與Wincc在高爐熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)的應(yīng)用

夏侯洪波，姜 銳，李忠民

（1.日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276806；2.普辰電子工程有限公司，天津 300384）

一、熱風(fēng)爐工藝流程及控制要求

山東某鋼鐵公司1#高爐采用頂燃式熱風(fēng)爐，為保證連續(xù)向高爐送風(fēng)，高爐配置3座熱風(fēng)爐交替進(jìn)行燃燒和送風(fēng)作業(yè)。當(dāng)一座熱風(fēng)爐送風(fēng)一段時(shí)間后，輸出的熱風(fēng)溫度滿足不了高爐所需的風(fēng)溫時(shí)，熱風(fēng)操作人員進(jìn)行換爐操作，將另外一座已經(jīng)燃燒好的熱風(fēng)爐投入送風(fēng)狀態(tài)，而后再將原送風(fēng)熱風(fēng)爐轉(zhuǎn)為燃燒作業(yè)，燃燒好后改為燜爐狀態(tài)等待下一次換爐操作，因此熱風(fēng)爐有燃燒、燜爐、送風(fēng)3種工作狀態(tài)。3座熱風(fēng)爐一般情況下采用“兩燒一送”的工作方式。

熱風(fēng)爐系統(tǒng)的基礎(chǔ)自動(dòng)化部分采用西門子PLC進(jìn)行控制，主要完成3座熱風(fēng)爐各閥門的順序聯(lián)鎖控制和工藝參數(shù)的采集，如溫度、壓力、流量等。上位機(jī)監(jiān)控操作畫面主要完成燃燒、燜爐、送風(fēng)的操作和各閥門狀態(tài)及工藝參數(shù)的顯示，對(duì)由PLC采集到的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

二、硬件和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.硬件配置

熱風(fēng)爐自動(dòng)化系統(tǒng)配置一套以西門子S7-400為頭，下掛ET-200M分站方式的組態(tài)，系統(tǒng)配置見圖1，此種配置方式即能保證各種工藝要求，又大大節(jié)省設(shè)計(jì)成本。開關(guān)量輸入輸出部分主要完成前述熱風(fēng)爐各閥門的順序聯(lián)鎖控制，模擬量輸入部分主要是對(duì)熱風(fēng)爐溫度、壓力、流量等信號(hào)的直接采集，而模擬量輸出部分主要是完成熱風(fēng)爐各調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。

上位機(jī)監(jiān)控操作系統(tǒng)設(shè)在熱風(fēng)爐主控制室內(nèi)，一般配置兩臺(tái)上位機(jī)，其功能完全一致，互備使用，可同時(shí)操作和監(jiān)控不同畫面。上位機(jī)配置以太網(wǎng)卡，通過(guò)交換機(jī)與PLC之間進(jìn)行通信。

上位機(jī)監(jiān)控操作系統(tǒng)的制作采用西門子WinccV6.0組態(tài)軟件，在WindowsXPSP2平臺(tái)下運(yùn)行。Wincc是西門子公司開發(fā)的基于Windows環(huán)境下解決生產(chǎn)和過(guò)程自動(dòng)化、可視化信息顯示的人機(jī)接口組態(tài)軟件，利用Wincc強(qiáng)大的圖形編輯器功能實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐工藝流程圖、參數(shù)設(shè)置圖、歷史曲線圖、報(bào)警信息等各種畫面的制作。

2.監(jiān)控操作畫面的設(shè)計(jì)

（1） 畫面的設(shè)計(jì)

監(jiān)控操作畫面的制作原則是既美觀實(shí)用，又便于操作。閥門開關(guān)按鈕均設(shè)在上位機(jī)畫面上，系統(tǒng)畫面由一個(gè)主操作畫面、儀表顯示、參數(shù)設(shè)定和若干個(gè)歷史曲線顯示畫面組成。主操作畫面顯示熱風(fēng)爐系統(tǒng)所有閥門的當(dāng)前運(yùn)行狀況、各閥門的操作按鈕、系統(tǒng)工藝流程、液壓系統(tǒng)報(bào)警以及主要的工藝參數(shù)值；儀表顯示畫面主要是對(duì)熱風(fēng)爐系統(tǒng)所有溫度、壓力、流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示；參數(shù)設(shè)定畫面主要是設(shè)定均壓閥門動(dòng)作時(shí)間及各閥門故障時(shí)間；歷史曲線畫面是對(duì)熱風(fēng)爐主要工藝參數(shù)以曲線的形式進(jìn)行跟蹤顯示并且可以記錄保存下來(lái)，保存時(shí)間可達(dá)1個(gè)月，在熱風(fēng)爐出現(xiàn)問題時(shí)便于數(shù)據(jù)的查找和分析；流量調(diào)節(jié)畫面是控制各流量調(diào)節(jié)閥的開度及各閥閥位開度反饋的顯示。

（2） 典型畫面

①熱風(fēng)爐主操作畫面

熱風(fēng)爐主操作畫面是熱風(fēng)爐系統(tǒng)的總貌畫面，通過(guò)Wincc設(shè)置在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)自動(dòng)進(jìn)入此畫面，顯示3座熱風(fēng)爐的工作狀態(tài)（燜爐、燃燒及送風(fēng)），各閥門的開關(guān)按鈕和開關(guān)狀態(tài)，有送高爐熱風(fēng)溫度、各爐的拱頂溫度、液壓站報(bào)警信息等工藝參數(shù)的顯示，以及其他畫面的切換按鈕。在此畫面完成各爐閥門的手動(dòng)及自動(dòng)切換、工作狀態(tài)的選擇（使用、停用）、工作方式的選擇（燜爐、燃燒及送風(fēng)）。

②歷史曲線畫面

歷史曲線畫面以曲線的形式顯示了熱風(fēng)爐主要工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)，按工藝要求分為壓力、溫度、流量三個(gè)顯示畫面，各畫面中的數(shù)據(jù)集成在一個(gè)坐標(biāo)系中對(duì)比顯示。壓力曲線畫面中有煤氣總管壓力、冷風(fēng)壓力、熱風(fēng)壓力、冷卻水壓力、預(yù)熱器前后空氣壓力；溫度曲線畫面中有1#～3#爐拱頂溫度、1#～3#爐廢氣溫度、冷風(fēng)總管溫度；流量曲線畫面有1#～3#爐空氣/煤氣流量、冷風(fēng)總管流量、氮?dú)饬髁俊⒗鋮s水流量。歷史曲線畫面可作為歷史記錄，橫坐標(biāo)顯示時(shí)間，縱坐標(biāo)顯示變化值，可直觀又方便地觀察壓力、溫度、流量的變化趨勢(shì)，還可根據(jù)需要查閱近1個(gè)月的歷史記錄，便于對(duì)不同時(shí)期爐況進(jìn)行分析。

三、上位機(jī)與PLC之間的通信

上位機(jī)Wincc組態(tài)軟件與PLC之間通過(guò)以太網(wǎng)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以態(tài)網(wǎng)通信速率可達(dá)100Mbps，以太網(wǎng)有以下優(yōu)點(diǎn)：可以采用冗余的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可靠性高；通過(guò)交換技術(shù)可以提供實(shí)際上沒有限制的通信性能；靈活性好，現(xiàn)有的設(shè)備可以不受影響地?cái)U(kuò)張；具有良好的向下兼容性，保證了投資的安全；易于實(shí)現(xiàn)管理控制網(wǎng)絡(luò)的一體化。

1.硬件配置要求

上位機(jī)要求配置集成以太網(wǎng)通信卡即可，S7-400PLC上配置CP443-1以態(tài)網(wǎng)卡。

2.軟件配置要求

在Wincc項(xiàng)目變量管理器中添加SIMATICS7PROTOCOL SUITE驅(qū)動(dòng)程序，建立連接項(xiàng)目“熱風(fēng)爐”，設(shè)置TCP/IP地址，此地址要與連接的熱風(fēng)爐PLC上的TCP/IP地址一致，將與PLC連接的變量都建立在“熱風(fēng)爐”項(xiàng)目中。PLC編程軟件組態(tài)硬件時(shí)，設(shè)置CP443-1以態(tài)網(wǎng)卡的IP地址，然后保存編譯下載。

四、結(jié)束語(yǔ)

山東某鋼鐵公司1＃高爐熱風(fēng)爐采用PLC代替了老式的硬線聯(lián)鎖，大大提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化控制水平，設(shè)備穩(wěn)定性好，故障率低，減少了崗位人員，用Wincc組態(tài)的系統(tǒng)畫面既美觀操作又方便，更有利于爐況的分析。

[1]蘇昆折.深入淺出西門子WincV6[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[2]廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù) [M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005.