1 引言
文豐鋼鐵2＃高爐(450M3)系統(tǒng)是邯鋼集團(tuán)自動(dòng)化部工程技術(shù)中心承攬的第一個(gè)以技術(shù)貿(mào)易轉(zhuǎn)讓形式開發(fā)的一個(gè)高爐項(xiàng)目。包括高爐本體、原燃料供應(yīng)、熱風(fēng)爐等子系統(tǒng)。它屬于單罐上料其自動(dòng)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)自動(dòng)化,包括打印報(bào)表。其PLC控制系統(tǒng)采用了施耐德公司的TSX Quantum 140系列的CPU434 12作為可編程控制器，上位監(jiān)控軟件采用Ifix3.0，編程軟件采用CONCEPT2.5。該系統(tǒng)PLC主機(jī)4套，通過以太網(wǎng)互相連接進(jìn)行通信。設(shè)HMI監(jiān)控站9個(gè)，操作系統(tǒng)均為Windows2000。

2 硬件網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
高爐工長室上位系統(tǒng)共設(shè)了9個(gè)HMI監(jiān)控站，連接高爐本體、除塵、原燃料、熱風(fēng)爐4套PLC系統(tǒng)。各系統(tǒng)都有操作臺。通過HMI工作站，可以對所有的設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控，完成各個(gè)工藝設(shè)備或者工藝流程的順序控制及PID調(diào)節(jié)，故障報(bào)警處理及顯示。各PLC之間，HMI工作站與各PC之間，PC機(jī)與PLC之間均采用工業(yè)以太網(wǎng)。以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1各部分功能如下:

圖1 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

(1) OS1-OS2 IFIX3.0客戶端/服務(wù)器，進(jìn)行從原燃料系統(tǒng)PLC的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警觸發(fā)、歷史數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)視和控制。同時(shí)進(jìn)行報(bào)表打印。
(2) OS3-OS4 IFIX3.0客戶端/服務(wù)器，進(jìn)行熱風(fēng)爐系統(tǒng)PLC的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警觸發(fā)、歷史數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)視和控制。
(3) OS5-OS6 IFIX3.0客戶端/服務(wù)器，進(jìn)行高爐本體PLC的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警觸發(fā)、歷史數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)視和控制。
(4) OS7 IFIX3.0客戶端/服務(wù)器，進(jìn)行所有系統(tǒng)的監(jiān)視，作為工程師站。
(5) OS8-OS9 IFIX3.0客戶端/服務(wù)器，進(jìn)行從煤氣除塵和出鐵場除塵系統(tǒng)PLC的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警觸發(fā)、歷史數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)視和控制。

3 Modicon TSX Quantum PLC硬件的應(yīng)用
3.1 硬件的應(yīng)用
Modicon TSX Quantum CPU是位于Quantum本地I/O底板上的一個(gè)CPU模板，用它對現(xiàn)場的各個(gè)設(shè)備發(fā)出動(dòng)作指令，這些指令用于實(shí)現(xiàn)一些專用功能，諸如邏輯、過程順序控制、時(shí)序、耦合、算術(shù)運(yùn)算等，以通過數(shù)字量和模擬量輸出對不同類型的設(shè)備裝置和過程進(jìn)行控制。通過遠(yuǎn)程I/O模板進(jìn)行機(jī)架擴(kuò)展以實(shí)現(xiàn)來自現(xiàn)場裝置的信號如限位開關(guān)、接近開關(guān)、溫度傳感器、電磁閥、閥執(zhí)行器等信號轉(zhuǎn)換成CPU能夠處理的信號電平和格式。通過以太網(wǎng)模板(NOE)采用TCP/IP協(xié)議，介質(zhì)采用雙絞線電纜進(jìn)行通信交換數(shù)據(jù)，使整個(gè)高爐的設(shè)備運(yùn)行情況展現(xiàn)在工長的面前。遠(yuǎn)距離通訊采用光纖收發(fā)器，然后通過SWICTH進(jìn)行擴(kuò)展，連接各臺機(jī)器和PLC。Quantum系統(tǒng)同時(shí)提供了IEC要求的全部5種編程方式:LD、FBD、SFC、IL、ST，將傳統(tǒng)DCS與PLC的優(yōu)勢完美地結(jié)合于一體，同時(shí)具備了強(qiáng)大的過程控制功能和離散控制功能。
3.2 所用模板數(shù)量及型號
如附表所示。

附表

4 軟件的應(yīng)用與開發(fā)
4.1 軟件的特點(diǎn)
監(jiān)控系統(tǒng)(HMI)采用Intellution公司的iFIX3.0監(jiān)控軟件，iFIX是Intellution DynamicsTM工業(yè)自動(dòng)化軟件解決方案家族中的HMI/SCADA解決方案，用于實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控，并在整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息?；诮M件技術(shù)的Intellution Dynamics還包括了高性能的批次控制組件、軟邏輯控制組件及基于Internet的功能組件。所有組件能無縫地集成為一體，實(shí)時(shí)、綜合地反映復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過程。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程工藝流程及各參數(shù)的采集顯示、報(bào)警、回路控制畫面，歷史數(shù)據(jù)存儲及趨勢圖，報(bào)表等監(jiān)控功能。在上位機(jī)可同時(shí)運(yùn)行Server和Client.所有的組態(tài)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)集中放在數(shù)據(jù)庫中，所有的客戶端均可以訪問組態(tài)數(shù)據(jù)，它本身有兩重身份，也可以訪問組態(tài)數(shù)據(jù)。iFIX3.0支持其于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程在線組態(tài);嵌入式VBA(Visual Basic For Application);操作系統(tǒng)為Windows 2000;編程軟件采用Concept2.5，它支持５種IEC標(biāo)準(zhǔn)語言;系統(tǒng)提供了派生功能塊(DFB)，并可在Concept2.5應(yīng)用程序中反復(fù)調(diào)用，如果一些特定的算法或邏輯控制需要改變，只需修改DFB功能塊即可。
4.2 Ifix3.0監(jiān)控軟件的功能
(1) 采集數(shù)據(jù)
來自工業(yè)現(xiàn)場和其他場合的數(shù)據(jù)通過PLC可編程控制器采集，通過MBE驅(qū)動(dòng)協(xié)議，將下位PLC系統(tǒng)和上位SCADA系統(tǒng)緊密連接在一起。
(2) 顯示和處理數(shù)據(jù)
采集到的信息流形成統(tǒng)一、高效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)可以進(jìn)行報(bào)警、腳本處理、存儲或其他功能處理。處理的任何結(jié)果或操作員的任何操作都將和統(tǒng)一在數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，來完成顯示和控制功能。
(3) 支持OPC通信
(4) 支持DDE數(shù)據(jù)交換
4.3 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)
文豐鋼鐵2＃高爐上位機(jī)監(jiān)控、操作畫面充分利用IFIX3.0軟件特有的動(dòng)態(tài)圖形編輯功能完成CRT操作、過程值顯示、報(bào)警等功能。為便于操作維護(hù)，設(shè)有報(bào)警顯示畫面、實(shí)時(shí)趨勢畫面、歷史趨勢畫面、流程圖操作畫面以及各種操作面板(如PID回路控制操作面板、電控系統(tǒng)流程操作面板、電氣設(shè)備控制面板等)，使操作人員操作更加簡單、快捷、為實(shí)現(xiàn)全線自動(dòng)話提供了有利的條件。
4.4 工長室系統(tǒng)主要畫面
(1) 狀態(tài)操作畫面
主要顯示高爐系統(tǒng)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，例如槽下的礦、焦稱量值，供礦、返礦皮帶狀態(tài)，供焦、返焦皮帶狀態(tài)，料倉振動(dòng)篩狀態(tài);爐頂料罐的狀態(tài)、均壓閥和放散閥狀態(tài)及布料器狀態(tài)等;本體的各種壓力、溫度、流量數(shù)據(jù)等
(2) 布料矩陣設(shè)定畫面
完成高爐上料布料的矩陣設(shè)定。包括布料器傾角α的設(shè)定，料流閥開度γ的設(shè)定，如圖2所示。

圖2 布料設(shè)定表
(3) 槽下上料數(shù)據(jù)設(shè)定畫面
完成14個(gè)礦斗及2個(gè)焦斗稱量定值的設(shè)定、運(yùn)行周期的設(shè)定、設(shè)定值為每車裝料種重量，操作人員根據(jù)16個(gè)料倉中的實(shí)際礦種輸入每種料設(shè)定值。如圖3所示。

圖3 槽下上料設(shè)定畫面

(4) 輔助系統(tǒng)畫面
可在工長室監(jiān)控系統(tǒng)上同時(shí)看到熱風(fēng)爐系統(tǒng)、原燃料系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)的主要畫面，便于高爐和輔助系統(tǒng)信息及時(shí)交換，有助于高爐的操作。
(5) 報(bào)警畫面
顯示處于報(bào)警狀態(tài)的控制點(diǎn)。例如，狀態(tài)報(bào)警、設(shè)備報(bào)警、綜合報(bào)警等，以便能指導(dǎo)操作人員順利操作。
(6) 通過DDE方式實(shí)現(xiàn)了上料數(shù)據(jù)在EXCEL表格中的打印功能。
4.5 幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)
(1) 歷史數(shù)據(jù)的定期清理。一些非重要?dú)v史數(shù)據(jù)記錄太多會直接影響計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，所以要做定期自動(dòng)刪除功能。
(2) DDE的應(yīng)用。高爐上料系統(tǒng)要完成上料數(shù)據(jù)的打印功能，所以通過DDE驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了IFIX3.0數(shù)據(jù)庫和 EXCEL表格進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)報(bào)表打印功能。

5 結(jié)束語
Modicon TSX Quantum PLC 和 Ifix3.0經(jīng)過文豐鋼鐵2＃高爐一年多的現(xiàn)場應(yīng)用，使用穩(wěn)定可靠，效果非常好，為高爐的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)發(fā)揮了作用。