工业现场总线技术在炼铁高炉系统中的应用.docx

工业现场总线技术在炼铁高炉系统中的应用ronggang导语：现场总线使经过控制领域的自动化装置由DCS向FCS过渡，DDC功能将彻底分散到现场，使先进的现场设备治理功能得以实现。现场总线已广泛应用于各个领域，如电力监控、能源治理、自动测试系统等等。一、引言工业现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FieldbusControlSystem，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、全开放和可互操纵的消费经过自动控制系统。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上风，诸如很高的准确性、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开展的必然趋势。它使经过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，使先进的现场设备治理功能得以实现。现场总线已广泛应用于各个领域，如电力监控、能源治理、自动测试系统等等。我厂高炉消费主要由高炉系统、喷煤系统、热风系统、卷扬系统及槽下局部等构成，消费工艺复杂，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高炉消费中去，在我公司获得了良好的效果。二、高炉自动化控制系统的现状我公司以前的高炉消费自动化控制系统采用美国GE公司的Series907030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收集，进展处理，然后输出，控制现场设备运转，来知足高炉消费的需要。如图1所示：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，且比拟分散，信号进入PLC后，必须经过AD、D从转换经过，且准确度有所降低，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拟多，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、现场总线的选用1.现场总线的优点PYfibllsoP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讯任务。这种总线合适于替换价格昂贵的24VDC和420mA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、双向通讯与多站的通讯系统，为我厂已建成的千兆位以大网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，可防止几千个检测点和控制点的检测信号聚集到DCS的入日处所造成的信号堵塞，进而把60以上的控制功能下放到现场仪表，增加了系统的平安性和可靠性。采用现场总线主要有以下优点：1可以减少1223的隔离器、端子柜、IO柜、lO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DA及AD转换的经过，使信号准确度可以从±05进步到±01；3由于可以将PID功能植入到变送器或者执行器中去，使控制周期大为缩短。目前可以从DCS的每秒调节23次增加到每秒1020次，进而改善了调节性能；4组态简单，安装、运行、维护简便；5采用IP67的防护等级，使之完全合适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消费中去，必须使之与高炉主PLCGE公司series9030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局部组成。每个局部都负责一定的区域，它们之间既互相独立，又密不可分，互相联络。任何一个环节出问题，都将导致高炉的直接休风，影响消费。为此，以上各个局部都配有自己独立的series9030PLC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收集现场的实时数据进展处理及控制。这样，就可以使复杂的高炉消费系统分成五局部总线来设计，防止总线的连接过于复杂，有利于工业现场总线上风的发挥。5高炉总线布置图如图2：高炉各个局部的PLC之间利用已建成的千兆位局域网进展通讯，互相联络。把现场的实时数据提供应操纵者进展参考，由此判定炉况。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收集数据、传递信息的任务，控制现场设备的运行。为使PBM模板可以正常工作，要求CPU的软件版本在8.0以上，因此PLC主处理模块采用GE公司新推出的IC693CPU364。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3：2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互相独立，不会由于其它点的故障而导致整个系统的停顿运行，符合了高炉消费的特殊需要。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099。Profibus-DP总线由M12eurofast接插件连接，电源由5针7/8minifast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展工作，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展供电，方便至极。每个模块上均有一个绿红的指示灯LED指示ON状态或者短路状态，易于观察和查找故障。b.总线电缆使用Profibus-DP协议进展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，以数字方式进展通讯与传送，可以到达信息的收集、传输，处理最正确的集成与协调。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。假设总线挂接的模块太多，需加总线中继器。四、应用效果及将来展望采用现场总线防止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，为我厂的消费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，缩短与西方国家的间隔。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，对我们的开展起到良好的促进作用。0