一、前言

　　湘鋼二煉鋼廠從1995年建廠，1996年第一座轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)，2000年第三座轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)，到2003年12月轉(zhuǎn)爐四號一次除塵風(fēng)機(jī)(備用風(fēng)機(jī))煤氣回收投運(yùn)。湘鋼轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)系統(tǒng)，八年內(nèi)走過了從小到大、從小到全的發(fā)展過程。而基礎(chǔ)自動化控制水平、裝備水平也隨著它的發(fā)展得到提升?？刂圃O(shè)備由德國西門子公司的TI系列控制器+PCS操作站到德國西門子公司的S7系列控制器+WinCC操作站?？刂凭W(wǎng)絡(luò)由該公司的H1工業(yè)以太網(wǎng)一一粗纜總線網(wǎng)到光纖環(huán)網(wǎng)。本文主要介紹控制系統(tǒng)逐步改造擴(kuò)建成功的實(shí)例。

　　二、控制范圍

　　眾所周知，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)基礎(chǔ)自動化控制范圍主要包含轉(zhuǎn)爐本體、汽化冷卻、一次除塵風(fēng)機(jī)，能源介質(zhì)部分，而散料上料、混鐵爐、鐵合金控制可不在同一個(gè)控制網(wǎng)上。

　　1)轉(zhuǎn)爐本體系統(tǒng)：爐體傾動、氧槍控制、頂?shù)讖?fù)吹(只三號轉(zhuǎn)爐有)、配料下料、賤渣護(hù)爐、氮封、自動開關(guān)氧/氮。

　　2)汽化冷卻系統(tǒng)：汽包水位自動調(diào)節(jié)、畜熱器控制、軟水箱控制、循環(huán)水泵控制、能源介質(zhì)。

　　3) -次除塵風(fēng)機(jī)(共四臺，三開一備)：風(fēng)機(jī)自動升/降速、風(fēng)機(jī)保護(hù)(油溫，振動|傾斜傳感器)、RD閥控制、自動水沖洗、潤滑油控制、煤氣自動回收、氮?dú)馔贬?、備用風(fēng)機(jī)選擇。

　　因轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)環(huán)境惡劣，在整個(gè)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)現(xiàn)場沒有安裝現(xiàn)場操作臺(箱)，要求各系統(tǒng)的操作人員均在人機(jī)界面上選擇自動，手動并實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的控制(自動用于生產(chǎn)，手動用于檢修)。同時(shí)通過人機(jī)界面可監(jiān)視各工藝參數(shù)、工藝流程、工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提高工藝設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。便于急時(shí)發(fā)現(xiàn)各異常情況，利于控制產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

　　基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)完善與改建是分幾個(gè)階段完成的，見表1。

　　表1 基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間與項(xiàng)目

　　以上二十幾臺控制器、操作站可經(jīng)過H1網(wǎng)自由交換數(shù)據(jù)、傳遞信息，各控制器分別完成各自系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝邏輯控制、設(shè)備狀態(tài)控制和工藝參數(shù)控制。各操作站分配適當(dāng)?shù)牟僮髅艽a，分別實(shí)現(xiàn)對應(yīng)工藝設(shè)備的操作、PID參數(shù)調(diào)整、控制參數(shù)給定及監(jiān)視工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)，產(chǎn)生報(bào)警和生產(chǎn)報(bào)表，也可實(shí)現(xiàn)對其他工藝參數(shù)、工藝設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并可對部分工藝設(shè)備進(jìn)行操作。同時(shí)在H1網(wǎng)絡(luò)上配置了一臺工藝參數(shù)采集機(jī)，能非常方便地將各種工藝參數(shù)、工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作工的操作過程上傳到二級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，做為生產(chǎn)調(diào)度管理網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)。

　　三、H1網(wǎng)

　　西門子H1網(wǎng)是一種符合IEEE802.3和IEEE802.3U標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)， 網(wǎng)絡(luò)采用的介質(zhì)不同傳輸速率有100Mbit/s和10Mbit/s兩種。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)經(jīng)我們多次改進(jìn)，用光纖把五個(gè)主控操作室串在一起構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)主線，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)(見圖1)

　　1)網(wǎng)絡(luò)主線采用光纖環(huán)網(wǎng)傳輸速率達(dá)100Mbit/s，其他采用總線型和星形方式。當(dāng)一根光纖出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍然能正常工作。

　　2)五個(gè)主控室各安裝一個(gè)德國西門子公司的OSM 10Mbit/100M自適應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器。每個(gè)有兩對BFOC光纖端口，六個(gè)9針SUB-D接口用于連接ITP電纜，配有發(fā)光二極管指示光纖和ITP電纜狀態(tài)。一個(gè)OSM損壞只影響連接在該OSM上的設(shè)備，不影響連接在其他OSM上的設(shè)備。

　　3) TI控制器、PCS操作站采用帶AUI端口的網(wǎng)卡，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中仍然保留了部分總線結(jié)構(gòu)(在一次除塵風(fēng)機(jī)主控室、汽化冷卻主控室內(nèi))。

　　4)用ELM把帶有AUI端口的設(shè)備連接到OSM上。

　　5)于控制轉(zhuǎn)爐傾動、氧槍升降的控制器同用于控制基礎(chǔ)自動化部分的控制器進(jìn)行硬點(diǎn)連接且 Dl-DO連接。使保護(hù)動作更快速。

　　四、控制特點(diǎn)

　　湘鋼二煉鋼廠根據(jù)生產(chǎn)工藝流程把1#、2#、3#轉(zhuǎn)爐劃分在轉(zhuǎn)爐車間管理，設(shè)三個(gè)主控操作室，分別控制三個(gè)轉(zhuǎn)爐的冶煉生產(chǎn)。把一次除塵風(fēng)機(jī)、汽化冷卻劃分在環(huán)保車間管理，設(shè)兩個(gè)主控操作室，分別控制轉(zhuǎn)爐冶煉附助設(shè)備的生產(chǎn)。設(shè)備配置有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　1)轉(zhuǎn)爐2臺操作站互為備用，風(fēng)機(jī)的4臺操作站互為備用，汽化冷卻的2臺操作站互為備用。

　　2)操作站除了能監(jiān)控自己本身的控制設(shè)備外，也能監(jiān)視其他控制設(shè)備的狀態(tài)、工藝參數(shù)，如：在1#轉(zhuǎn)爐的操作站上能看到2#轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)狀態(tài)，也可看到汽化設(shè)備、風(fēng)機(jī)設(shè)備的狀態(tài)。

　　3)控制站就地安裝的原則，轉(zhuǎn)爐RD閥、氮?dú)馔贬樋刂艻/O模塊安裝在轉(zhuǎn)爐PLC站中，環(huán)保車間可在風(fēng)機(jī)操作室通過操作站實(shí)現(xiàn)自動、手動操作，達(dá)到就地控制、遠(yuǎn)程操作的目的。

　　4) -個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)上，分別接有西門子TI系列PLC、S7系列PLC、PCS(UNIX平臺)操作站、 WinCC操作站，采用表2中的網(wǎng)卡。

　　表2西門子控制器、操作站網(wǎng)卡支持的協(xié)議

　　要實(shí)現(xiàn)各工藝參數(shù)自由交換，重點(diǎn)和難點(diǎn)是怎樣解決TI控制器與S7控制器之間及TI控制器與 WinCC操作站之間的通訊問題。

　　五、網(wǎng)絡(luò)通訊

　　從表2可看出采用的幾種西門子網(wǎng)卡都支持國際標(biāo)準(zhǔn)的ISO，一種7層協(xié)議層的模型，一種開放式通訊模型，它可分為兩部分：①面向傳輸?shù)膮f(xié)議(1—4層);②面向應(yīng)用于的協(xié)議(5—7層)。

　　TI、H1網(wǎng)網(wǎng)卡、CP1413TF和S7 H1網(wǎng)網(wǎng)卡、CP443-1、CP343-1的通訊原理都基于ANSI/IEEE std802.3以太網(wǎng)協(xié)議，分別提供兩種通訊服務(wù)。

　　CP1434TF：

　　1)在ISO第四層的對等數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)用于各PLC之間進(jìn)行快速高效的數(shù)據(jù)交換，有 Send/Receive Peer Date Transter通訊。

　　2)在ISO第7層應(yīng)用層的TF服務(wù)，用于PLC和監(jiān)控站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　CP443-1、CP343-1：

　　1) S7通訊服務(wù)：用于編程器、監(jiān)控站、S7系列PLC之間進(jìn)行通訊。

　　2) SIMATIC通訊服務(wù)：在ISO第四層的數(shù)據(jù)傳輸層通過TCP/UDP使用Send/Receive進(jìn)行通訊。

　　下面就TI系列和S7系列PLC之間的通訊做進(jìn)一步說明：

　　CP1413TF、 Send/Receive Peer Date Transter特性：

　　兩個(gè)PLC之間通過程序建立握手聯(lián)鎖關(guān)系，Send方定義發(fā)送數(shù)據(jù)，Receive方定義接收數(shù)據(jù)，雙方都通過程序觸發(fā)通訊。

　　首先要在CP1434TF網(wǎng)卡H1網(wǎng)配置程序Peer服務(wù)欄中增加一個(gè)Send和一個(gè)Receive Job，并分配好程序的觸發(fā)位、傳送地址等，再在控制程序中編制Job的觸發(fā)程序。

　　CP443-1、CP343-1特性：

　　S7中提供了特定的傳輸模塊，AG-SEND FC5、AG-RECV FC6用于傳輸數(shù)據(jù)≤240字節(jié)，AG-L SEND FC50、AG LRECV FC60用于傳輸數(shù)據(jù)≥240字節(jié)。

　　首先，在STEP7的Ethernet配置中增加一個(gè)用戶并指定相應(yīng)的MAC地址;第二，S7-400連接表中選用ISO、transport connection連接類型;第三，在S7-400中編寫觸發(fā)程序，可采用 AG-SEND FC5和AG-RECV FC6功能。

　　六、結(jié)束語

　　轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)H1網(wǎng)絡(luò)從粗纜改進(jìn)為光纖環(huán)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)速度加快，可靠性增加，為二煉鋼廠3座80噸轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)鋼300萬噸，并為實(shí)現(xiàn)負(fù)能耗煉鋼創(chuàng)造基本條件。因網(wǎng)絡(luò)是逐步改造完成的，所以一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有新舊設(shè)備共同運(yùn)行，本人認(rèn)為要注意兩個(gè)問題：

　　1)新、舊設(shè)備在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中要支持相同的通訊協(xié)議，但可利用不同通訊層次。

　　2)用新設(shè)備如“網(wǎng)卡”代替舊設(shè)備時(shí)要注意它所支持的操作系統(tǒng)是否相同，它所連接的電纜是否一樣。