现场总线技术在高炉自动控制系统中的应用
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:310
１背景
２００１年天铁集团炼铁厂原料系统首次试用工业现场总线技术，经过半年多的稳定运行，现场总线技术的先进性得到了大家的认可，并进一步促成在２００２年高炉大修时将工业现场总线技术运用到高炉、热风炉、炉顶液压站、沟下油泵房、沟下料仓、喷煤等自动控制系统中去。
２现场总线技术的简单介绍
现场总线技术出现于８０年代中后期，从本质上来说，它是一种数字通信协议，是一种应用于生产现场，在智能化控制设备之间实行双向串行通信、多节点的数字通信系统，是一种开放的、数字化的、多点通信的低层控制网络。它使得自动控制系统和设备有了通信能力。现场总线控制系统ｆｃｓ（ｆｉｅｌｄｂｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ）是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合仪式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散型控制系统ｄｃｓ后的新一代控制系统。
现代工业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”，从而使得“危险分散，控制分散”，但即使是现在流行的ｄｃｓ控制，其与工业过程打交道的过程控制站仍然是集中的，现场信号的检测、传输和控制还是采用的４－２０ｍａ的模拟信号，这正是对分散控制、集中监控思想的违背。而ｆｃｓ控制系统真正做到了，把控制彻底地下放到现场，现场的智能仪表就能完成诸如数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等大部分现场功能，只有一些现场仪表无法完成的高级控制功能才由上位机来完成。而且现场节点之间可以相互通信，实现互操作，现场节点也可以把自己的诊断数据传送给上位机，有益于设备管理。
３高炉本体现场总线的主要监控参数
１冷风压力、冷风流量、热风压力、炉顶压力、大料仓压力、气密箱水压、风温调节开度、热风主管温度、高压水压力、高压水流量、低压水压力、低压水流量、炉底温度（东、南、西、北、中）、炉基温度、１段冷却壁温度（东南、西南、东北、西北）、高压冷却水温度、低压冷却水温度、冷却水回水温度、炉底冷却水温度；
２２段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、３段冷却壁回水温度（东、南、东南、西南）、低渣口冷却壁回水（１＃、２＃）、气密箱冷却回水、５段冷却壁回水温度（东、南、东南、西南）、７段冷却壁温度（东、南、东南、西南、）、６段冷却壁回水温度（东、南、东南、西南、）、７段冷却壁回水温度（东、南、东南、西南、）、２段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、３段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、铁口侧冷却壁回水温度（１＃、２＃）、高渣口冷却壁回水温度（１＃、２＃）、５段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、６段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、７段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、９段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、９段炉衬温度（东、南、西、北）、１０段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、１０段炉衬温度（东、南、西、北）、１２段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、１２段炉衬温度（东、南、西、北）；
３１４段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、１４段炉衬温度（东、南、西、北）、１６段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、１６段炉衬温度（东、南、西、北）；
４上升管温度（东南、西南、东北、西北）、炉喉温度（东、南、西、北）、气密箱温度、摄像温度。
４采用现场总线技术之前高炉监控系统
应用现场总线之前，高炉生产过程计算机监控系统由上位机（工控机）、ｇｅ－ｆａｎｕｃ９０－３０ｐｌｃ、现场仪表（包括变送器、热电偶、热电阻、料位计等）、信号电缆等组成如图１所示。
从图１可以看出，现场所有的变送器、调节器、热电偶、热电阻、料位计、流量计等设备的信号电缆、设备电源电缆都必须从高炉操作室挨个敷设到现场仪表，所以在施工中线管、电缆桥架的安
装敷设量很大，同时操作室仪表柜内接线端子的数量也就很大了由此产生的信号干扰也必然增大，在系统的调试和运行中出现的问题也必然较多。
５采用现场总线技术后的系统构成
使用图２所示的现场总线后，高炉计算机监控系统由上位机（工控机）、ｇｅ－ｆａｎｕｃ９０－３０ｐｌｃ（同以前相比，这里的信号模板显然用得少了）、ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ｄｐ现场控制总线、ｐｉｃｏｎｅｔ模块、现场仪表、信号电缆（同样，这里用的信号电缆比以前大大减少了组成。
从图中可明显看出，采用了现场总线技术后，现场信号电缆就近接入ｐｉｃｏｎｅｔ模块，电缆的用量和施工量大大减少，判断和查找故障节点的思路更加简单明了，由于现场总线具有超强自诊断、显示故障的功能，调试和维护起来就更加容易。
６现场总线ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ｄｐ的主要特点
１ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ｄｐ用于主控器（如ｐｌｃｇｅ－ｆａｎｕｃ－ｓｅｒｉｅｓ９０－３０）与现场设备的数据交换。
２ｐｒｏｆｉｂｕ
１背景
２００１年天铁集团炼铁厂原料系统首次试用工业现场总线技术，经过半年多的稳定运行，现场总线技术的先进性得到了大家的认可，并进一步促成在２００２年高炉大修时将工业现场总线技术运用到高炉、热风炉、炉顶液压站、沟下油泵房、沟下料仓、喷煤等自动控制系统中去。
２现场总线技术的简单介绍
现场总线技术出现于８０年代中后期，从本质上来说，它是一种数字通信协议，是一种应用于生产现场，在智能化控制设备之间实行双向串行通信、多节点的数字通信系统，是一种开放的、数字化的、多点通信的低层控制网络。它使得自动控制系统和设备有了通信能力。现场总线控制系统ｆｃｓ（ｆｉｅｌｄｂｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ）是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合仪式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散型控制系统ｄｃｓ后的新一代控制系统。
现代工业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”，从而使得“危险分散，控制分散”，但即使是现在流行的ｄｃｓ控制，其与工业过程打交道的过程控制站仍然是集中的，现场信号的检测、传输和控制还是采用的４－２０ｍａ的模拟信号，这正是对分散控制、集中监控思想的违背。而ｆｃｓ控制系统真正做到了，把控制彻底地下放到现场，现场的智能仪表就能完成诸如数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等大部分现场功能，只有一些现场仪表无法完成的高级控制功能才由上位机来完成。而且现场节点之间可以相互通信，实现互操作，现场节点也可以把自己的诊断数据传送给上位机，有益于设备管理。
３高炉本体现场总线的主要监控参数
１冷风压力、冷风流量、热风压力、炉顶压力、大料仓压力、气密箱水压、风温调节开度、热风主管温度、高压水压力、高压水流量、低压水压力、低压水流量、炉底温度（东、南、西、北、中）、炉基温度、１段冷却壁温度（东南、西南、东北、西北）、高压冷却水温度、低压冷却水温度、冷却水回水温度、炉底冷却水温度；
２２段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、３段冷却壁回水温度（东、南、东南、西南）、低渣口冷却壁回水（１＃、２＃）、气密箱冷却回水、５段冷却壁回水温度（东、南、东南、西南）、７段冷却壁温度（东、南、东南、西南、）、６段冷却壁回水温度（东、南、东南、西南、）、７段冷却壁回水温度（东、南、东南、西南、）、２段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、３段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、铁口侧冷却壁回水温度（１＃、２＃）、高渣口冷却壁回水温度（１＃、２＃）、５段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、６段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、７段冷却壁回水温度（西北、东北、西、北）、９段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、９段炉衬温度（东、南、西、北）、１０段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、１０段炉衬温度（东、南、西、北）、１２段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、１２段炉衬温度（东、南、西、北）；
３１４段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、１４段炉衬温度（东、南、西、北）、１６段冷却壁回水温度（东、南、西、北）、１６段炉衬温度（东、南、西、北）；
４上升管温度（东南、西南、东北、西北）、炉喉温度（东、南、西、北）、气密箱温度、摄像温度。
４采用现场总线技术之前高炉监控系统
应用现场总线之前，高炉生产过程计算机监控系统由上位机（工控机）、ｇｅ－ｆａｎｕｃ９０－３０ｐｌｃ、现场仪表（包括变送器、热电偶、热电阻、料位计等）、信号电缆等组成如图１所示。
从图１可以看出，现场所有的变送器、调节器、热电偶、热电阻、料位计、流量计等设备的信号电缆、设备电源电缆都必须从高炉操作室挨个敷设到现场仪表，所以在施工中线管、电缆桥架的安
装敷设量很大，同时操作室仪表柜内接线端子的数量也就很大了由此产生的信号干扰也必然增大，在系统的调试和运行中出现的问题也必然较多。
５采用现场总线技术后的系统构成
使用图２所示的现场总线后，高炉计算机监控系统由上位机（工控机）、ｇｅ－ｆａｎｕｃ９０－３０ｐｌｃ（同以前相比，这里的信号模板显然用得少了）、ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ｄｐ现场控制总线、ｐｉｃｏｎｅｔ模块、现场仪表、信号电缆（同样，这里用的信号电缆比以前大大减少了组成。
从图中可明显看出，采用了现场总线技术后，现场信号电缆就近接入ｐｉｃｏｎｅｔ模块，电缆的用量和施工量大大减少，判断和查找故障节点的思路更加简单明了，由于现场总线具有超强自诊断、显示故障的功能，调试和维护起来就更加容易。
６现场总线ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ｄｐ的主要特点
１ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ｄｐ用于主控器（如ｐｌｃｇｅ－ｆａｎｕｃ－ｓｅｒｉｅｓ９０－３０）与现场设备的数据交换。
２ｐｒｏｆｉｂｕ
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