［摘 要］介紹了濟(jì)鋼120t轉(zhuǎn)爐自動上料系統(tǒng)改造后的工藝流程，系統(tǒng)硬件、軟件構(gòu)成以及網(wǎng)絡(luò)配置、通信、數(shù)據(jù)共享等功能。該系統(tǒng)改造后，完成了2，3號120t轉(zhuǎn)爐輔原料及鐵合金上料系統(tǒng)工藝設(shè)備的電氣控制和儀表控制，其設(shè)備的集中監(jiān)視與操作通過HMI上的CRT畫面進(jìn)行。
0 引言
濟(jì)南鋼鐵股份有限公司2，3號轉(zhuǎn)爐煉鋼工程是在原先預(yù)留的位置新建120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐。輔原料和鐵合金供料系統(tǒng)主要是供給轉(zhuǎn)爐、鋼包所需的各種合格粒度的輔原料和鐵合金，輔原料和鐵合金供料系統(tǒng)由已有的上料系統(tǒng)延伸到2，3號120t轉(zhuǎn)爐供料系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的自動控制技術(shù)，提高了控制精度，增強(qiáng)了可靠性，并簡化操作，減少了操作定員，自改造后取得了顯著效果。
1 上料工藝
上料系統(tǒng)（A系統(tǒng)）由輔原料高位料倉上料系統(tǒng)（A1系統(tǒng)——原有系統(tǒng)延伸），鐵合金中位料倉上料系統(tǒng)（A2系統(tǒng)——原有系統(tǒng)延伸），鐵合金爐后料倉上料系統(tǒng)（A3系統(tǒng)——原有系統(tǒng)延伸），1號精煉高位料倉上料系統(tǒng)（A4系統(tǒng)——原有系統(tǒng)），2號精煉高位料倉上料系統(tǒng)（A5系統(tǒng)）共5個部分組成。工藝流程如圖1所示。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2．1 硬件配置
系統(tǒng)采用適合控制距離較遠(yuǎn)和分散對象的Quantum系列控制平臺，以PLC作為基礎(chǔ)級，對生產(chǎn)過程進(jìn)行計劃設(shè)定、聯(lián)鎖控制；以工業(yè)微機(jī)作為監(jiān)控管理級。自動控制系統(tǒng)采用集中/分布式結(jié)構(gòu)，由1套Quanrum控制器CPU53414和3臺工業(yè)微機(jī)監(jiān)控站構(gòu)成集散控制系統(tǒng)。Quantum控制器數(shù)據(jù)處理速度達(dá)0.09～0.45Kb/ms，采用RIO擴(kuò)展方式，通過同軸電纜把本地主機(jī)（CPU）與遠(yuǎn)程I/O站相連，采用MB＋網(wǎng)，將一系列 TSX Momentum連接在CPU處理器上，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及控制。采用環(huán)形以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC之間及PLC與監(jiān)控管理器之間的數(shù)據(jù)互鎖、數(shù)據(jù)采集和控制。監(jiān)控站與服務(wù)器之間采用TEP/IP協(xié)議傳輸。
新增控制設(shè)備的配置：輔原料及鐵合金上料PLC的IP地址為已有系統(tǒng)的IP地址，另在遠(yuǎn)程機(jī)架上增加2塊數(shù)字量輸入模塊DDI、2塊數(shù)字量輸出模塊 DDO。并在主機(jī)架上插入3塊Profibus-DP通信模塊CRP，通過通信模板與現(xiàn)場I/O通信設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場總線的連接，現(xiàn)場設(shè)備由Turck公司現(xiàn)場總線模塊所構(gòu)成，其硬件系統(tǒng)配置見圖2。
2．2軟件配置
2．2．1 控制軟件
系統(tǒng)采用的Concept2.5編程軟件，是基于Windows2000操作環(huán)境下的編程工具，它含有全部的IEC-1131規(guī)定的編程語言；用戶可創(chuàng)建自己的函數(shù)塊，并可重復(fù)使用；內(nèi)置的模擬仿真調(diào)試器可離線仿真，加快應(yīng)用軟件的開發(fā)和調(diào)試；提供多達(dá)7層的軟件存取保護(hù)，防止非法訪問，安全、可靠；具有強(qiáng)大的在線幫助功能，界面友好，信息量大，極大地方便了應(yīng)用開發(fā)人員的使用。運(yùn)用梯形邏輯ID控制及功能塊FBD相結(jié)合，將固定的算法及頻繁使用的邏輯定義成DFB塊，在需要使用時隨時調(diào)用。系統(tǒng)定義的DFB塊有：打滑檢測、跑偏檢測、卸料小車定位、電液推桿起停、啟動始點(diǎn)-終點(diǎn)判斷、設(shè)備啟動遲滯檢測、清料時間計算。
當(dāng)料倉出現(xiàn)低料位或操作員認(rèn)為需要上料時，選擇流程及料倉設(shè)定值，卸料小車自動定位，電液推桿自動打到相應(yīng)的料倉，再沿逆料流方向依次啟動相關(guān)設(shè)備，開始上料。若出現(xiàn)高料位則停止相應(yīng)的電振，帶式輸送機(jī)依然運(yùn)行，由操作工自行處理；若出現(xiàn)超高料位時則停止所有設(shè)備；當(dāng)其中某一設(shè)備有故障時立即停止所有設(shè)備，經(jīng)過清料延時后依次停止上游設(shè)備。當(dāng)皮帶的累積值等于設(shè)定值時會自動停止正在運(yùn)行的振動給料機(jī)，當(dāng)有更換料種或流程切換時，停止非公共設(shè)備，清料延時后，卸料小車自動定位，電液推桿自動轉(zhuǎn)到相應(yīng)的料倉。
2．2．2 監(jiān)控軟件
該系統(tǒng)設(shè)有兩個操作站，一個設(shè)在地下料倉操作室，采用Vijelook軟件開發(fā)平臺；另外一個設(shè)在轉(zhuǎn)爐主控室，采用Monitor ProV7軟件開發(fā)平臺。Vijelook軟件是單機(jī)版，它通過交換機(jī)直接與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；Monitor ProV7軟件是網(wǎng)絡(luò)版，它工作在普通的PC機(jī)上，運(yùn)行于Windows 2000或XP上。網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，采用Client/Server結(jié)構(gòu)，即本客戶端的數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控與操作標(biāo)簽均在服務(wù)器端建立，CRT操作均通過服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到PLC，以完成對生產(chǎn)過程設(shè)備的操作與監(jiān)控，它包括兩大部分：畫面（HMI）部分和實(shí)時數(shù)據(jù)庫（RTDB）部分。
該系統(tǒng)兩個操作站的使用權(quán)通過操作權(quán)限來選擇，當(dāng)操作工選擇地下料倉操作時，主控室操作站只能監(jiān)控，操作權(quán)限被自動封鎖；當(dāng)選擇主控室操作時地下料倉只能監(jiān)控，操作權(quán)限被自動封鎖。兩個操作站具有同等的監(jiān)控功能。
（1）登錄身份及權(quán)限保護(hù)。HMI畫面設(shè)有登錄、退出、幫助、診斷按鈕，并賦予不同人員不同的操作級別。系統(tǒng)工程師的權(quán)限最大，可以修改、組態(tài)、退出系統(tǒng)。操作人員的權(quán)限相對較小，僅能操作瀏覽主要的操作畫面。維護(hù)工程師可以對某些電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改、瀏覽故障分析畫面，但不能對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和修改用戶權(quán)限。
（2）實(shí)現(xiàn)主控室對現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時動態(tài)監(jiān)控和檢測。上位機(jī)監(jiān)控操作畫面充分利用了MP7特有的動態(tài)圖形編輯功能（標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)圖形編輯功能、高級動態(tài)圖形編輯功能），完成CRT操作、過程值顯示、報警等。為了維護(hù)操作的需要，編輯了任務(wù)狀態(tài)顯示畫面、實(shí)時趨勢顯示畫面、歷史趨勢顯示畫面、流程圖顯示操作畫面以及各種操作面板，使操作更加簡單、快捷，為全線自動化煉鋼提供了有利條件。
（3）現(xiàn)場設(shè)備在線診斷、報警功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，提醒用戶及時處理。重要設(shè)備都設(shè)有報警監(jiān)控功能，并對產(chǎn)生報警的設(shè)備進(jìn)行在線分析，查出故障原因后，在HMI上動態(tài)閃爍，提醒用戶及時處理，系統(tǒng)自動記錄近期設(shè)備的所有報警信息。
（4）歷史數(shù)據(jù)記錄及趨勢分析。
3 主要功能
（1）跟蹤功能。計算機(jī)系統(tǒng)跟蹤轉(zhuǎn)爐上料的作業(yè)狀態(tài)信息，在特定時刻啟動相應(yīng)程序，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐上料生產(chǎn)的各種控制和管理功能。
（2）故障診斷功能。網(wǎng)絡(luò)故障診斷基于本網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性及安全性，在OPC Server終端上建立了網(wǎng)絡(luò)故障診斷畫面，以檢測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障（如數(shù)據(jù)庫故障、ODBC接口故障、EDI（External Device Interface）故障等），并能及時給予排除。為了保證網(wǎng)絡(luò)的安全，拒絕非法用戶登錄和破壞，在L1級系統(tǒng)主畫面上增加了授權(quán)訪問控制，即網(wǎng)絡(luò)的訪問控制必須由用戶進(jìn)行身份登錄，通過口令控制賦予不同用戶不同的權(quán)利。另外系統(tǒng)中還安裝了防火墻軟件和Norton高效殺毒軟件，以防范計算機(jī)病毒的侵犯。為了操作人員操作方便，每個監(jiān)控系統(tǒng)的HMI上建有控制設(shè)備故障診斷畫面，以便控制設(shè)備出現(xiàn)的各種故障，如：皮帶機(jī)跑偏檢測、皮帶機(jī)打滑檢測、設(shè)備啟動遲滯判斷、卸料小車移動超時判斷等。
（3）控制方式。120t轉(zhuǎn)爐自動上料過程控制系統(tǒng)的控制方式分為CRT自動、CRT手動、非常手動、機(jī)旁手動等4種操作方式。1）CRT自動。此種操作方式是當(dāng)操作控制條件和工藝及設(shè)備連鎖條件成立時，系統(tǒng)自動完成一個工藝過程的控制（或動作）的操作方式。例如，當(dāng)選定的某流程的設(shè)備啟動/運(yùn)行條件成立時，控制系統(tǒng)就會自動地依次啟動/運(yùn)行相關(guān)設(shè)備。2）CRT手動。此種操作方式是當(dāng)操作控制條件和設(shè)備連鎖條件成立時，人工依照工藝順序分別對設(shè)備進(jìn)行各種操作（如啟動膠帶輸送機(jī)、卸料車等）的單機(jī)操作方式。3）非常手動。操作工根據(jù)經(jīng)驗，在集中控制室內(nèi)操作，只有基本的故障聯(lián)鎖，沒有設(shè)備聯(lián)鎖，主要用于工程師調(diào)試。4）機(jī)旁手動。根據(jù)工藝要求在機(jī)旁人工操作，進(jìn)行單機(jī)設(shè)備檢修和調(diào)試時使用。
（4）卸料小車自動定位。操作工選擇料倉后，程序自動進(jìn)行始點(diǎn)-終點(diǎn)判斷，判定正確后，卸料小車自動運(yùn)行到位，電液推桿打到相應(yīng)的料倉。
4 關(guān)鍵技術(shù)
120t轉(zhuǎn)爐自動上料系統(tǒng)的上位監(jiān)控和服務(wù)器應(yīng)用OPC（OLE for Process Control）界面進(jìn)行通信。作為 Client/Server結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)爐主控室上位機(jī)的數(shù)據(jù)通過服務(wù)器采集并發(fā)至轉(zhuǎn)爐上料工作站，工作站的指令也先發(fā)往此服務(wù)器再傳至PLC系統(tǒng)。HMI上數(shù)據(jù)顯示，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控標(biāo)簽均在服務(wù)器端建立，CRT操作也均通過服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到PLC，以完成對生產(chǎn)過程設(shè)備的操作與監(jiān)控。服務(wù)器放置SQL7.0大型數(shù)據(jù)庫，通過ODBC接口與MP7實(shí)現(xiàn)連接，完成對歷史數(shù)據(jù)的存儲。通信原理如圖3所示。
5 結(jié)束語
濟(jì)鋼120t轉(zhuǎn)爐自動上料系統(tǒng)自2005年3月改造投產(chǎn)運(yùn)行后，每日上料1300多t，比原來多了2～3倍，卻沒有增加定員，并且新增設(shè)備也很少，從而降低了生產(chǎn)投入。A5系統(tǒng)為鐵合金（Si、Mn、Pe）上料系統(tǒng)，此系統(tǒng)投入后，為濟(jì)鋼冶煉多品種鋼提供了先決條件。