現(xiàn)場總線系統(tǒng)在高爐熱風爐系統(tǒng)中的應用

姜曙光

（山東省冶金設(shè)計院股份有限公司，山東濟南250101）

現(xiàn)場總線系統(tǒng)在高爐熱風爐系統(tǒng)中的應用

姜曙光

（山東省冶金設(shè)計院股份有限公司，山東濟南250101）

介紹了TURCK PROFIBUS現(xiàn)場總線產(chǎn)品的技術(shù)特性，根據(jù)其技術(shù)優(yōu)勢，在高爐熱風爐系統(tǒng)現(xiàn)場分散配置應用，針對其運行的可靠性方面進行了詳細闡述。

現(xiàn)場總線；熱風爐；技術(shù)特性；可靠性

1 前言

福建三鋼6號高爐有效容積1820 m3，年產(chǎn)煉鋼生鐵150萬t。該高爐采用了當今煉鐵先進成熟的技術(shù)，裝備水平達到國內(nèi)一流。熱風爐系統(tǒng)由山東冶金設(shè)計院總包，采用目前最新型的改進型頂燃式結(jié)構(gòu)。整個熱風爐系統(tǒng)有44臺液壓閥、3臺氣動閥、4臺電動閥及11臺調(diào)節(jié)閥；160個儀表監(jiān)測點，如果采用傳統(tǒng)的PLC柜至現(xiàn)場設(shè)備模式，所需的控制電纜及儀表電纜量及施工工程量都非常大。為了減少工程量，增加系統(tǒng)可靠性及可維護性，該熱風爐控制系統(tǒng)采用西門子S7-414H冗余CUP+PROFIBUS▌DP現(xiàn)場總線。

2 PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線簡介

Profibus是唯一集成H1(過程)和H2（工廠自動化）的現(xiàn)場總線解決方案，是一種國際化的、開放的現(xiàn)場總線標準，它也是國際標準IEC61158中8種現(xiàn)場總線之一。Profibus可以將數(shù)字自動化設(shè)備從低級（傳感器/執(zhí)行器）到中間級執(zhí)行級（單元級）分散開來。根據(jù)應用特點和用戶不同的需要，Profibus提供了3種兼容版本通信協(xié)議：FMS、PA和DP。

Profibus-DP用于自動化系統(tǒng)中單元級控制設(shè)備與分布式I/O的通訊。

Profibus-DP使用第1層、第2層和用戶接口層、第3～7層未使用，這種精簡的結(jié)構(gòu)確保了高速數(shù)據(jù)傳輸。直接數(shù)據(jù)鏈路映像程序DDLM提供對第2層的訪問。用戶接口規(guī)定了設(shè)備的應用功能、Profibus-DP系統(tǒng)和設(shè)備的行為特性。Profibus-DP特別適合于PLC與現(xiàn)場分級式I/O設(shè)備之間的通訊。主站之間的通訊為令牌方式，主站與從站之間為主從方式，以及這兩種方式的混合。

PROFIBUS是一種國際化.開放式.不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，PROFIBUS的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標準EN50170作保證，并經(jīng)實際應用驗證具有普遍性。PROFIBUS-DP用于處理控制器和輸入輸出設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換，是一種主/從控制系統(tǒng)，它包括一個（或多個）主站和多個從站，在一個網(wǎng)絡(luò)中從站數(shù)量最多可達126個，主站循環(huán)掃描每個從站。主站與從站之間通過基于RS485標準的物理層的2芯屏蔽雙絞電纜進行通訊。一個完整PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)一般由主站和從站及網(wǎng)絡(luò)附屬件三部分組成：

主站指PLC.PC或可做一類主站的控制器。主站完成總線通信控制與將從站收集的信號進行運算。

從站用于收集現(xiàn)場信息和將從站發(fā)出的執(zhí)行指令輸出到執(zhí)行機構(gòu)。從站可以是：

（1）PLC（智能型I/O）：PLC可做PROFIBUS上的一個從站。PLC自身有程序存儲，PLC的CPU部分執(zhí)行程序并按程序驅(qū)動I/O。做為PROFIBUS主站的一個從站，在PLC存儲器中有一段特定區(qū)域作為與主站通信的共享數(shù)據(jù)區(qū)。主站可通過通信間接控制從站PLC的I/O。

（2）現(xiàn)場I/O模塊，用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場裝置。按主站指令驅(qū)動I/O，并將I/O輸入及故障診斷等住處返回給主站。通常現(xiàn)場I/O模塊由主站統(tǒng)一編址，這樣在主站編程時使用分散式I/O與使用主站的I/O沒有什么區(qū)別。

（3）驅(qū)動器.傳感器.執(zhí)行機構(gòu)等帶PROFIBUS接口的現(xiàn)場設(shè)備，可由主站在線完成系統(tǒng)配置.參數(shù)修改.數(shù)據(jù)交換等功能。

網(wǎng)絡(luò)附件包括總線電纜、電源電纜、總線T型頭、模塊總線接插件終端電阻等。

本系統(tǒng)所用的TURCK現(xiàn)場總線FLDP系列產(chǎn)品屬于第二類從站（現(xiàn)場I/O模塊），具有以下特點：

（1）IP67的防護等級，能應用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。

（2）使用快速接插件連接方式，安裝更換更加快捷，同時避免了誤接線的發(fā)生。

（3）自動識別和調(diào)整波特率與主站一至。

（4）具有輸入/輸出短路組診斷和組保護功能。能簡單、快捷、準確地發(fā)現(xiàn)故障位置。

3 工藝流程簡介

三鋼1820 m3高爐熱風爐工藝方案。每座高爐配備3座改進型頂燃式熱風爐。熱風爐燒爐采用純高爐煤氣（預留富化煤氣接口），應用熱管換熱器的余熱回收系統(tǒng)，將助燃空氣預熱到180～200℃，高爐煤氣預熱到180～200℃，送風溫度≥1200℃。改進型頂燃式熱風爐由蓄熱室、燃燒室、預燃室組成。三座頂燃式熱風爐一列布置，位于高爐右側(cè)，熱風爐中心距為12.5 m，余熱回收系統(tǒng)及煙囪位于熱風爐組右側(cè)。熱風爐組的平行側(cè)為鋼結(jié)構(gòu)框架，鋼結(jié)構(gòu)框架設(shè)計五層，框架內(nèi)布置煤氣管道、助燃空氣管道、熱風管道、冷風管道、煙道、氮氣管道、循環(huán)水管道及有關(guān)閥門。

熱風爐各閥門按照：燃燒→燜爐→送風→燜爐→燃燒,循環(huán)的工作過程，自動或手動進行換爐切換工作。由PLC和繼電器聯(lián)鎖完成。正常工作時為兩燒一送或半交叉并聯(lián)送風，兩種工作制度。非正常操作為一燒一送制度。

4 控制及監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

本工程設(shè)置西門子PLC一套，放置到熱風爐低配室。在高爐主控室設(shè)置兩臺HMI監(jiān)控站，HMI監(jiān)控站通過光纖通訊與熱風爐系統(tǒng)PLC及高爐控制系統(tǒng)相連?？刂葡到y(tǒng)如圖一所示系統(tǒng)采用了西門子S7-414 3H型冗余CPU，5個西門子擴展機架用于安裝量采集模塊和少量數(shù)字量模塊，每個擴展機架上安裝兩個冗余型IM153用于將采集到的信號分別送入兩個CPU，1個擴展機架用于安裝Y-LINK，Y-LINK再與現(xiàn)場模塊相連。本系統(tǒng)共用TURCK現(xiàn)場模塊達178個，由于1個Y-LINK只能接64個現(xiàn)場模塊，所以用了三個Y-LINK。另外為編程和操作方便，配備了一個工程師站，一個操作員站。

PLC選用SIEMENS S7-400H+圖爾克現(xiàn)場總線。CPU模塊選用西門子414H-2DP的產(chǎn)品訂貨號：6ES7 414H-3HJ14-0AB0，圖爾克模塊采用BL67系列產(chǎn)品，模塊備用點數(shù)需達到在用量的15%～20%。圖1為低壓電氣室內(nèi)的PLC柜配置圖。

圖1 PLC及現(xiàn)場總線配置圖

通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與就近分布在熱風爐框架及液壓站、助燃風機等不同位置的電氣、儀表總線箱通訊。其中1#電氣總線箱設(shè)置在液壓站內(nèi)主要為44個液壓閥門開關(guān)DO信號及液壓站系統(tǒng)的控制DIDO信號，2#電氣總線箱設(shè)置在+0.0 m的助燃風機旁，主要為1#、2#熱風爐的2個煙道閥、廢氣閥、冷風閥、冷均閥DIDO信號及助燃風機變頻器的DIDO控制信號。3#電氣總線箱設(shè)置在+6.80 m平臺，主要為3#熱風爐的2個煙道閥、廢氣閥、冷風閥、冷均閥DIDO信號及助燃風機輔助設(shè)備的DIDO控制信號；4#、5#電氣總線箱設(shè)置在+6.80 m平臺，主要為助燃風機放散閥出口閥及預熱器區(qū)域空氣、煤氣、煙氣入口、出口及旁通閥DIDO信號;6#總線箱設(shè)置在+30.6 m平臺，主要為3座熱風爐的熱風爐閥、空、煤氣燃燒閥、煤氣切斷閥、煤氣放散閥、氮氣閥及混風閥、倒流休風閥的DIDO信號。儀表總線箱根據(jù)檢測點的位置及數(shù)量分別放置在電氣總線箱內(nèi)和各層平臺上。

電氣IO點和儀表檢測點就近接入附近的總線箱儀表模塊，通過總線箱上BL67耦合器模塊上的DP總線與PLC通訊。極大的減少了儀表電纜的敷設(shè)?，F(xiàn)場總線箱與操作箱就近布置，便于調(diào)試和檢修。

5 結(jié)語

自投產(chǎn)以來的生產(chǎn)實踐證明，圖爾克現(xiàn)場總線與主控室的CPU之間運行良好，通訊正常，保證了熱風爐燒爐、送風的穩(wěn)定運行，現(xiàn)場設(shè)備的故障點查找通過現(xiàn)場模塊的指示燈來查找，應用方便。經(jīng)過運行發(fā)現(xiàn)，若現(xiàn)場總線模塊放置在操作箱內(nèi)，對于檢修來說更為方便，另外減少了，總線箱與現(xiàn)場總線的連接電纜和接線，減少了電纜和接線工程量，在以后的項目中可以應用實踐。

App lication of TURCK Profibus DP in the Hot Stove of Blast Furnace

Jiang Shuguang
(ShandongMetallurgicalDesigningInstituteCo.,Ltd.,Jinan,Shandong250101,China)

The technical characteristics of TURCK PROFIBUS DP are introduced According to its technical advantages the PROFIBUS was applied in dispersed layout in the field of blast furnace system.The operation reliability of the PROFIBUS is discussed in detail.

PROFIBUS;hot stove;technical characteristic;reliability

TK229

B

1006-6764（2014）12-0076-03

2014-08-29

姜曙光（1980-），男，2009年畢業(yè)于山東大學控制工程專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事自動化控制工作。