ControlLogix系统在济钢高炉生产中的应用

摘要： 本文介绍ControlLogix系统及其济钢一炼铁车间的成功应用，并展望其发展。
一、概述
今天，全球知名的工业自动化动力、控制和信息系统解决方案供应商罗克韦尔自动化的集成架构产品和解决方案已经在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山、汽车制造等各个行业得到成功的应用和广泛的认同，其控制系统、软件、变频器在冶金各工艺生产中的应用举不胜数。济钢2#、3#1750m3高炉槽下，炉顶，水处理，热风炉，炉本体，原燃料等系统全部采用了ControlLogix系统，工程于2005年9月18日顺利投产。
近年来，随着炼铁高炉自动化程度的提高，随着生产安全性、可靠性要求的提高，随着全厂调度管理网络自动化的提高，先进的、开放的控制系统在生产中得到越来越广泛的应用。
二、系统简介
2．1．控制系统配置
整个工程共包括原燃料、槽下配料、无钟炉顶、热风炉、净环、浊环、渣处理、出铁场除尘以及高炉煤气清洗和TRT子系统。主要设备为1750m3高炉一座、顶燃式热风炉三座、炉顶为串罐式无料钟结构。本工程的自动化设计由济南钢铁公司设计院设计完成，应用两级自动化控制实现高炉的自动化控制。整个高炉基础自动化系统由电气和仪表系统组成，主要功能完成对从原燃料上料、槽下配料、无钟炉顶布料、煤粉制备喷吹以及炉体水冷和净环、浊环系统等生产过程进行数据采集、顺序控制、连续控制、监控操作、人机对话和数据通信（包括接受过程自动化系统的设定值和发送实际过程数据给过程自动化系统）。采用电仪一体化（电气、仪表共用）的PLC控制系统、HMI人机界面、控制软件及相关的环型工业以太网组成。
控制系统联接网络共有四层：1.设备网（DeviceNet）；2.控制网（冗余ControlNet）； 3.工业以太网（EtherNet/IP）。
现场设备联接的设备网有DeviceNet，如探尺编码器，第三方设备如MODICON的PLC通过位于本体的第三方通讯模块经过以太网进行通讯。
各子系统PLC主机与RIO分站之间以冗余的ControlNet网通讯，保证系统网络的安全、稳定性。
整个高炉区域通过光纤连接成一个100M TCP/IP 工业以太网，2#、3#高炉各子系统及公用部分的PLC、操作站、服务器之间采用工业以太网（EtherNet/IP）连为一体，实现PLC、操作站、服务器数据共享、实时交换。其中高炉的原燃料、槽下、无钟炉顶、炉体水冷、高炉软水密闭循环、热风炉等对于高炉连续生产相对比校重要的子系统链接成环形工业以太网，其他辅助系统如煤粉喷吹子系统，渣处理、高炉干法除尘等子系统子系统成树型拓扑结构连接在环形以太网上。所有链接在网络上的服务器、操作站、PLC处理器都有相应的地址规划，并保留了一些地址用于以后的扩建如图所示。

高炉服务器采用DELL中高端配置服务器。HMI服务器、域控制器操作系统平台为Windows2003。操作站采用西门子工控机，其操作系统平台为WindowsXP，操作站上位监控软件为监控软件使用Rockwell Automation公司的RSView SE，从各级设备中采集数据、并分配到整个系统，以实现生产过程的实时监控，同时具备历史数据存储、报警、统计、报表打印等功能。
2．2．控制系统特点
ControlLogix控制器平台是将高速离散控制、过程控制、协调传动控制、运动控制、批次控制和安全控制融于一体的一个控制平台。允许混合使用多个处理器、多种网络和I/O。系统灵活性强、易于集成、模块化设计、开放式结构，特有的升级固件，使得系统在应用中功能强大、安全可靠，而且极大地节省培训费用和工程实施费用。
ControlLogix在济钢高炉自动化控制中应用的技术，具有下述特点：
1、控制器：每台Logix5555控制器最大寻址量128000点DI/O，4000点AI/O及回路。ControlLogix平台通过背板提供了高速数据传输。各控制器能产生(广播)和使用(接收)系统标签，这种技术使得多个控制器共享输入信息和输出状态，非常实用。控制器采用1756-L55M16：带有7.5M内存，位执行时间为0.08μs,支持浮点运算及快速事件处理，适用于大规模、复杂控制过程的编程需求。I/O扩展方式灵活，能适应多分站、远距离的结构。支持控制器冗余，在槽下配料，炉顶控制等重要环节采用处理器冗余提高了系统的可靠性，具有与controlNET、Ethernet/IP、DeviceNET、DH+、RS-232（DF1）、DH-485通讯功能。
2、1756系列智能I/O模块：I/O模块种类繁多，可拆卸端子，具有带电拔插、分变则报(COS)、自诊断、时间标记、模块标识、闪存升级、电子保险、单独隔离等功能。模块广播数据的速率可设定。
3、网络设置：网络分层、分工明确、安全可靠。控制网ControlNet冗余、开放、高速、实时、对等传送数据信息，ControlNet能够可靠预测数据何时发送，具有高度的确定性。设备网DevicelNet，是一种开放式的底层通用网络，基于标准的CAN技术，具有互操作性。成本及维护费用低。
2．3．控制系统主要功能及效果
整个系统可以实现原燃料输送、槽下配料、无钟炉顶控制、热风炉换炉控制、净环水处理、浊环水处理、渣处理、出铁场除尘等工艺的生产参数的在线检测、数据处理运算、显示、存储、管理、控制输出、记录操作过程等功能。程序全自动时，设备由计算机控制，操作人员可通过人机对话修改设定值、可直接控制设备运行。大大减小了控制室监控人员的劳动强度。槽下配料，无钟炉顶控制是炼铁工艺中比较复杂的工艺对象，在济钢高炉控制系统中通过一些创新的程序处理，使这些工艺对象控制得非常理想。
三、结语
先进的控制系统是一个现代化工厂的标志，对于企业有着深远的社会效益和经济效益。ControlLogix系统在济钢高炉一炼铁车间的成功使用，为济钢节约了能源、降低了成本、减少了操作人员，提高了生产的安全性，提高了产品的合格率、生产率。本系统自投运以来情况良好，画面清晰，易于维护，便于操作。根据工艺要求实现设备相互连锁，利于设备的启停及运行操作；利于系统操作和工艺参数的修改；完整的故障信息报表可及时发现系统的某一环节故障，减少系统的故障停机时间。保障生产顺利进行，提高了监控与管理水平。3#1750高炉自2005年9月18日投产后，在较短的时间内,各项生产指标较快地达到设计要求。