宝钢1＃高炉三电控制系统配置及其特点

摘要：宝钢1＃高炉经过大修于1997年5月25日顺利点火投产，其三电控制系统在功能分配上为分级式层次结构，由过程控制级和基础自动化级组成；在系统配置上采用惠普HP 9000／800计算机，安川CP-3500H PLC及横河CENTUM-CS集散控制系统组成三电一体化系统。提高了控制水平，在节能、省力和确保炉况顺行等方面上了一个新台阶。 关键词：高炉　三电控制系统　系统配置 　　宝钢原有1＃高炉容积为4063m3，是现代化大型高炉之一，经过14个月的大修于1997年5月25日顺利点火恢复生产［1］。宝钢1＃高炉工程是带有改造性内容的原样大修，工程重点是修，其工艺流程图如图1所示，特点是：1)大修后高炉容积不变，保留原有工艺流程不变，保留大部分设备作原样修复或更新，如高炉上料设施，炉顶双钟四阀设备，高炉本体(包括炉壳、36个风口、4个出铁口、炉身探针装置、炉身压力分布检测及温度检测装置)等。2)采用高炉长寿化技术，如更换优质耐材炉衬和冷却系统使一代炉龄可达12～15年。3)新增炉前铁水脱硅、大剂量(200kg/t)煤粉喷吹、矿槽上部除尘等设施及出铁场平坦化改造和相应的公用设施改造等，提高了高炉生产综合水平。原有1套重油喷吹装置暂时保留，待煤粉喷吹投运后再停止喷油以降低焦比。4)在热风炉系统中，原有的4座外燃式热风炉、2台助燃风机不变，改善热风短管及余热回收装置，燃气来源除原有高炉煤气和焦炉煤气外，增加了转炉煤气，保留原单炉送风和交叉并联送风等方式。 此主题相关图片如下： 　　对于三电控制装置，除1＃高炉各电气室及传动设备、热风炉一次仪表、水渣控制装置检修留用外，主工艺线三电控制装置在大修工程中全部更新换代为三电一体化系统，包括高炉装料系统、高炉本体(包括出铁场)、煤粉喷吹和制备、煤气清洗、TRT(余压发电)、热风炉及其余热回收装置等的三电控制装置。因此，大修工程三电系统设计必须满足原有设备更新改造和新增工艺设备要求，并处理好新旧设备衔接及各种接口关系，以使大修后三电控制系统在控制水平、节能、省力和确保炉况顺行等方面上一个新台阶。以下仅就系统配置及其特点进行叙述。 1　系统功能和配置特点 　　宝钢1＃高炉大修的三电系统在功能分配上是分级式层次结构，高层次是过程控制级，低层次是基础自动化级(包括设备控制级和检测驱动级)。在配置上选用惠普HP-9000计算机，安川CP-3500H控制系统和横河CENTUM-CS集散控制系统组成三电一体化系统，其系统配置如图2所示。 　　系统配置的主要特点有： 　　(1)满足了工艺要求。除常规工艺要求外还满足了大剂量喷煤、脱硅、TRT等要求。 　　(2)实现了新一代三电一体化。本系统通过高功能、大容量的MMI人机接口装置及使用EIC统一通信网络V-NET，将MMI和计算机系统连接在同一条以太网上以进行数据和画面的高速传送，使操作工能在一幅画面上同时了解E、I、C的信息，提高了集成度，精简了MMI的台数，实现了三电一体化。 　　(3)方便的CRT显示操作方法。可利用操作键或触摸画面的操作来达到多窗口画面显示，并采用70in(1778mm)大屏幕显示装置，灵活醒目，方便操作。 　　(4)高可靠的二重化(冗余化)系统结构。关键的E、I控制单元和V-NET网是二重化系统，过程控制计算机是双机系统，MMI可互为备用，构成简单而可靠的系统。 　　(5)大量采用网络技术。过程级与外部通信采用以太网、TCP／IP协议，使高炉过程控制机能与其他单元及上位管理机进行信息通信，以便形成铁区乃至全厂综合管理。过程级与基础自动化级之间采用V-NET网实现三电一体化，设备级采用现场总线等。 　　(6)具有AI(人工智能)专用开发工作站。为完善高炉操作指导专家系统提供了条件。 2　高炉过程控制级［2］ 2.1　应用功能 　　本级主要完成生产过程优化控制、操作指导、作业管理、模型控制、数据处理和储存、与上级铁区管理计算机以及其他计算机之间的数据通信，包括原料料仓数据处理、称量和装入数据处理、热风炉数据处理及模型、出铁渣数据处理、工艺设备管理、高炉本体数据处理、喷煤过程数据处理、报表处理、画面显示及输入处理、系统外部数据通信处理、过程数据输入输出处理、高炉数学模型、日以上数据处理和人工智能等子系统及计算式集、系统应用公用子程序集和各子系统公用子程序集。 2.2　系统硬件配置及通信 　　(1)系统配置 　　如图2所示，本级采用2台主计算机(惠普HP-9000系列800E级服务器，内存192MB)通过以太网组成双机系统，与2台工作站(1台为HP-9000／700系列的AI(人工智能)工作站、1台为同系列的开发维护用工作站)、3台X终端、1台微机、3台打印机服务器(附5台串行打印机、1台硬拷贝机、3台激光打印机)、1台程序开发服务器(附6台终端)和系统通信装置等组成客户／服务器体系结构。服务器侧承担数据库共享、数据处理、实时控制、信息管理和画面报表软件包的共享等任务。客户侧都是智能终端，承担画面报表、背景编制等任务。 　　(2)通信 　　过程控制级的外部通信，即1＃高炉与铁区管理机、铁水管理机、生产管制中心、原料及焦化5处计算机的通信，实现了原料的正常供给和铁水对下面工序的合理分配。通信选用DEC公司的HUB-900多路开关通信单元和1台网络管理微机，与前3处的通信采用光纤分布式接口(FDDI)方式，与后2处的通信采用点对点(MODEM)方式，通信协议为TCP／IP。 　　过程控制计算机系统与基础自动化级电气自动控制和仪表自动控制系统的通信中，计算机实时数据采集和给电气、仪表的设定数据都是通过ACG(网关)及V-NET网传送，而计算机计算结果数据和画面则通过以太网传到MMI上。 2.3　系统软件配置 　　(1)配有操作系统(HP-UX10.10版)，采用C语言(C／ANSIC)和FORTRAN语言(FORTRAN／9000)。 　　(2)平台软件如DATACELL实时数据库、CENTUM-CS通信软件包、实时程序控制软件包、画面显示软件包、通用调度程序包(含错误管理Ⅱ、消息管理功能)、报表程序包等。 　　(3)转接软件(可将两台主机组成双机系统，当在线主机故障时能自动切换到从机)以及窗口拷贝工具软件等。 　　(4)开发维护用工作站及AI工作站各配有操作系统(HP-UX10.10版)，采用C语言和FORTRAN语言，其中AI工作站还配有Nexpert专家系统开发工具软件。 3　基础自动化 　　基础自动化级(包括设备控制级和检测驱动级)主要进行电气自动控制、顺序及逻辑控制和仪表自动控制，对工艺过程信息进行检测、显示、记录及数据初步处理，执行设备运转控制及工艺过程自动调节、越限报警等。 3.1　电气控制系统 　　(1)应用功能 　　如图3所示，电气控制系统包括设备控制级和检测驱动级。本着电仪一体化原则，电气控制系统侧重传动系统的控制，同时也接入相关的仪表(如原料装入系统的电子秤、焦炭中子测水仪和探尺料位计［3］等)检测信息，各子系统功能如下。 　　原料装入系统　包括槽下供配料系统(矿槽和焦槽的设备连锁控制和称量控制，含称量补正及焦炭水分补正，上料周期控制，操作数据设定，设备状态监视，故障处理，数据整理及传送)，主皮带上料及炉顶装料系统(焦炭称量斗及矿石中间漏斗设备的连锁控制，上料胶带运输机的连锁控制和原料跟踪，炉顶设备连锁控制，装料方式设定控制等)。 　　热风炉系统　包括热风炉设备(送风顺序控制，换炉控制，休止控制，数据整理设定和传送，设备状态监视，故障处理等)及热风炉余热回收装置(设备连锁控制，设备状态监视，故障处理)。 　　附属设施　包括南北出铁场脱硅设备(连锁控制，操作数据设定，设备状态监视，故障处理，数据整理及传送)及除尘系统(炉顶除尘控制，南北出铁场除尘控制，脱硅除尘控制，矿槽上部除尘控制)。 　　煤粉喷吹及制粉系统　包括设备连锁控制，操作数据设定，设备状态监视，故障处理。 　　(2)系统配置 　　在电气控制系统中共采用了4台CP-3500H控制器、4台编程器及其配套装置。 　　PLC 01原料装入系统　具有二重化3 CPU主机结构，其本地I／O柜连接炉顶装料设备，远程I／O柜连接原料称量装置。 　　PLC 02热风炉系统　具有二重化单CPU主机结构，其本地I／O柜连接热风炉设备，远程I／O柜连接热风炉余热回收装置。 　　PLC 03附属设施　具有单路2 CPU主机结构，其本地I／O柜连接炉顶除尘设备，远程I／O柜连接南北出铁场脱硅设备、除尘设备及矿槽除尘设备。 　　PLC 04煤粉喷吹(PCI)系统具有二重化2 CPU主机结构，其本地I／O柜连接煤粉喷吹、制粉设备。 　　以上系统共用I／O点约5681点，其中AI 152点、AO 52点、DI 4224点、DO 1248点、PI(脉冲输入)5点。 3.2　仪表控制系统 　　如图4所示，仪表控制系统包括设备控制级和检测驱 　　本着电仪一体化原则，仪表控制系统侧重热工检测、控制和集中监视，同时也包括相关的顺序控制和连锁控制等。 　　(1)应用功能 　　高炉本体仪表系统　冷却系统水温、压力、流量测量，冷却系统与炉体热负荷计算，炉身静压测量，炉身采样煤气分析，风口检漏，炉体冷却水及炉衬温度测量报警，炉缸及炉底炭砖温度测量报警，风口热风流量测量，冷风温度压力及加湿控制，热风温度控制及压力检测等。 　　炉顶系统　炉顶煤气成分分析，炉顶温度分布检测装置，炉顶装料均排压控制，炉顶压力控制，炉顶打水控制等。 　　煤气清洗系统　重力除尘器灰位检测及连锁，1VS及2VS水位检测，文氏管煤气差压检测及控制，除尘器进出口温度、压力、流量测量等。 　　余压发电　TRT透平转速控制，负荷控制，紧急开放阀控制，氮轴封差压控制，密封缸液位控制，振动监视，轴位移监视等。 　　南北出铁场　渣铁沟温度测量，铁水液面测量，铁水温度测量，炉前脱硅剂称量等。 　　重油喷吹系统　重油总管流量控制，重油支管流量控制，吹扫顺序控制，连锁控制等。 　　热风炉系统　燃烧控制，送风温度控制，炉壳温度检测，拱顶温度检测，废气温度检测，废气含氧量测量，各种管道的参数检测，安全连锁和报警以及余热回收装置的仪表检测控制。 　　煤粉喷吹系统　总管喷吹量控制，支管喷吹量均匀性控制，总喷煤速率控制等。 　　(2)系统配置 　　在仪表控制系统中共采用了6台CENTUM-CS现场控制站及其配套装置。 　　FCS 01高炉本体控制站　具有双主机(标准型主存12MB)，双V-NET网、双RIO-总线、附扩展柜TBC。 　　FCS 02高炉炉顶／煤气清洗／TRT控制站　具有双主机、双V-NET网、双RIO-总线、附扩展柜TBC。 　　FCS 03出铁场／重油喷吹控制站　具有双主机、双V-NET网、双RIO-总线。 　　FCS 04热风炉／余热回收／送风控制站　具有双主机，双V-NET网、双RIO-总线。 　　FCS 05温度监视控制站　具有单主机(标准型主存12MB)、双V-NET网、单RIO-总线、附屋外型远程I／O站。 　　FCS 06煤粉喷吹(PCI)控制站　具有双主机、双V-NET网、双RIO-总线、附扩展柜TBC。 　　以上各站共使用I／O点约3497点，其中AI 1662点、AO 201点、DI 1041点、DO 593点。 3.3　人机接口操作设定部分 　　基础自动化级的人机接口操作设定部分，主要是指操作站、工程师工作站、V-NET和E-NET通信网、打印机及电源装置等。 　　(1)操作站 　　装有7台CP-5700型MMI人机接口作为三电控制系统的操作站。它提供用户友好的人机界面，装有丰富的标准操作画面，有总貌显示、分组显示、控制显示、调整显示、趋势显示、报警概略等标准画面功能，操作工可同时监控4幅画面。MMI通过多功能开关可把画面切换到大屏幕上去。 　　(2)工程师工作站 　　装有2台惠普HP715／64型工程师工作站(EWS)。它通过E-NET及网关与V-NET相连，可用来为MMI及FCS应用软件编程、组态，具有和CP-5700类似的操作系统和软件开发性能。 　　(3)V-NET和E-NET通信网 　　基础自动化级装有双重化的V-NET通信网和单路的E-NET通信网。V-NET网与CP-5700、CP-3500H、FCS的VIF(V-NET Interface)接口卡相连，并经过网关与计算机、工程师站相连，构成三电一体化控制系统。其传送速率为10Mb／s，令牌传递方式，最远可达20km。 　　E-NET通信网是连接各CP-5700操作站及工程师站的网络系统，主要用于各站之间信息传递并共享打印机、硬拷贝机等。E-NET的传送速率为10Mb／s，距离可达185m。 　　本系统还配备有紧急操作台、继电器盘以及专用的UPS不间断电源装置等。 4　结束语 　　宝钢1＃高炉大修工程竣工点火投产两周后即达到日产铁8116t的设计产量，高炉利用系数2.01t/(m3．d)，创造了宝钢高炉开炉以来最好实绩，并且一直维持稳定顺行状态［5］。经过半年的连续运行，三电系统运行稳定正常，计算机控制模型投入运行，三电系统对高炉稳定顺行、节能和生产合格铁水发挥的作用日趋明显。1997年11月19日至12月19日对高炉本体三电系统设备进行的考核验收表明，各项技术性能指标满足要求。通过半年来安全运行和三电系统设备考核验收，也说明本高炉大修工程三电系统设计的设备选型和配置合理，设备性能先进可靠，监控画面功能健全，保证了高炉生产运行和操作维护的需要。