湘钢转炉基础自动化的实现

一、前言

湘钢二炼钢厂从1995年建厂，1996年第一座转炉投产，2000年第三座转炉投产，到2003年12月转炉四号一次除尘风机（备用风机）煤气回收投运。湘钢转炉生产系统，八年内走过了从小到大、从小到全的发展过程。而基础自动化控制水平、装备水平也随着它的发展得到提升。控制设备由德国西门子公司的TI系列控制器+PCS操作站到德国西门子公司的S7系列控制器+WinCC操作站。控制网络由该公司的H1工业以太网一一粗缆总线网到光纤环网。本文主要介绍控制系统逐步改造扩建成功的实例。

二、控制范围

众所周知，转炉生产基础自动化控制范围主要包含转炉本体、汽化冷却、一次除尘风机，能源介质部分，而散料上料、混铁炉、铁合金控制可不在同一个控制网上。

1)转炉本体系统：炉体倾动、氧枪控制、顶底复吹（只三号转炉有）、配料下料、贱渣护炉、氮封、自动开关氧/氮。

2)汽化冷却系统：汽包水位自动调节、畜热器控制、软水箱控制、循环水泵控制、能源介质。    

3) -次除尘风机（共四台，三开一备）：风机自动升/降速、风机保护（油温，振动）、RD阀控制、自动水冲洗、润滑油控制、煤气自动回收、氮气捅针、备用风机选择。

因转炉生产环境恶劣，在整个转炉生产现场没有安装现场操作台（箱），要求各系统的操作人员均在人机界面上选择自动，手动并实现对生产现场设备的控制（自动用于生产，手动用于检修）。同时通过人机界面可监视各工艺参数、工艺流程、工艺设备运行状态，提高工艺设备运转率。便于急时发现各异常情况，利于控制产品的产量和质量，降低生产成本。    

基础自动化控制系统完善与改建是分几个阶段完成的，见表1。

表1  基础自动化控制系统建设时间与项目

以上二十几台控制器、操作站可经过H1网自由交换数据、传递信息，各控制器分别完成各自系统的生产工艺逻辑控制、设备状态控制和工艺参数控制。各操作站分配适当的操作密码，分别实现对应工艺设备的操作、PID参数调整、控制参数给定及监视工艺参数、设备状态，产生报警和生产报表，也可实现对其他工艺参数、工艺设备状态进行监视，并可对部分工艺设备进行操作。同时在H1网络上配置了一台工艺参数采集机，能非常方便地将各种工艺参数、工艺设备运行状态、操作工的操作过程上传到二级计算机系统中，做为生产调度管理网的原始数据。

三、H1网

西门子H1网是一种符合IEEE802.3和IEEE802.3U标准的工业以太网，  网络采用的介质不同传输速率有100Mbit/s和10Mbit/s两种。转炉生产控制网络经我们多次改进，用光纤把五个主控操作室串在一起构成网络主线，网络结构有以下特点（见图1）

1)网络主线采用光纤环网传输速率达100Mbit/s，其他采用总线型和星形方式。当一根光纤出现故障时，系统仍然能正常工作。

2)五个主控室各安装一个德国西门子公司的OSM 10Mbit/100M自适应的光电转换器。每个有两对BFOC光纤端口，六个9针SUB-D接口用于连接ITP电缆，配有发光二极管指示光纤和ITP电缆状态。一个OSM损坏只影响连接在该OSM上的设备，不影响连接在其他OSM上的设备。

3) TI控制器、PCS操作站采用带AUI端口的网卡，网络系统中仍然保留了部分总线结构（在一次除尘风机主控室、汽化冷却主控室内）。

4)用ELM把带有AUI端口的设备连接到OSM上。

5)于控制转炉倾动、氧枪升降的控制器同用于控制基础自动化部分的控制器进行硬点连接且 Dl-DO连接。使保护动作更快速。

四、控制特点

湘钢二炼钢厂根据生产工艺流程把1#、2#、3#转炉划分在转炉车间管理，设三个主控操作室，分别控制三个转炉的冶炼生产。把一次除尘风机、汽化冷却划分在环保车间管理，设两个主控操作室，分别控制转炉冶炼附助设备的生产。设备配置有如下几个特点：

1)转炉2台操作站互为备用，风机的4台操作站互为备用，汽化冷却的2台操作站互为备用。    

2)操作站除了能监控自己本身的控制设备外，也能监视其他控制设备的状态、工艺参数，如：在1#转炉的操作站上能看到2#转炉的生产状态，也可看到汽化设备、风机设备的状态。

3)控制站就地安装的原则，转炉RD阀、氮气捅针控制I/O模块安装在转炉PLC站中，环保车间可在风机操作室通过操作站实现自动、手动操作，达到就地控制、远程操作的目的。

4) -个光纤环网上，分别接有西门子TI系列PLC、S7系列PLC、PCS（UNIX平台）操作站、 WinCC操作站，采用表2中的网卡。

表2西门子控制器、操作站网卡支持的协议    

要实现各工艺参数自由交换，重点和难点是怎样解决TI控制器与S7控制器之间及TI控制器与 WinCC操作站之间的通讯问题。

五、网络通讯

从表2可看出采用的几种西门子网卡都支持国际标准的ISO，一种7层协议层的模型，一种开放式通讯模型，它可分为两部分：①面向传输的协议（1—4层）；②面向应用于的协议（5—7层）。    

TI、H1网网卡、CP1413TF和S7 H1网网卡、CP443-1、CP343-1的通讯原理都基于ANSI/IEEE std802.3以太网协议，分别提供两种通讯服务。

CP1434TF：

1)在ISO第四层的对等数据传输服务用于各PLC之间进行快速高效的数据交换，有 Send/Receive Peer Date Transter通讯。

2)在ISO第7层应用层的TF服务，用于PLC和监控站之间进行数据交换。    

CP443-1、CP343-1：

1) S7通讯服务：用于编程器、监控站、S7系列PLC之间进行通讯。

2) SIMATIC通讯服务：在ISO第四层的数据传输层通过TCP/UDP使用Send/Receive进行通讯。

下面就TI系列和S7系列PLC之间的通讯做进一步说明：    

CP1413TF、  Send/Receive Peer Date Transter特性：    

两个PLC之间通过程序建立握手联锁关系，Send方定义发送数据，Receive方定义接收数据，双方都通过程序触发通讯。

首先要在CP1434TF网卡H1网配置程序Peer服务栏中增加一个Send和一个Receive Job，并分配好程序的触发位、传送地址等，再在控制程序中编制Job的触发程序。

CP443-1、CP343-1特性：

S7中提供了特定的传输模块，AG-SEND FC5、AG-RECV FC6用于传输数据≤240字节，AG-L SEND FC50、AG LRECV FC60用于传输数据≥240字节。

首先，在STEP7的Ethernet配置中增加一个用户并指定相应的MAC地址；第二，S7-400连接表中选用ISO、transport connection连接类型；第三，在S7-400中编写触发程序，可采用 AG-SEND FC5和AG-RECV FC6功能。

六、结束语

转炉系统H1网络从粗缆改进为光纤环网，网络速度加快，可靠性增加，为二炼钢厂3座80吨转炉年产钢300万吨，并为实现负能耗炼钢创造基本条件。因网络是逐步改造完成的，所以一个网络上有新旧设备共同运行，本人认为要注意两个问题：

1)新、旧设备在一个网络系统中要支持相同的通讯协议，但可利用不同通讯层次。

2)用新设备如“网卡”代替旧设备时要注意它所支持的操作系统是否相同，它所连接的电缆是否一样。