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    包鋼220噸轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)包括氧槍、爐本體、散料鐵合金、汽化冷卻、煙氣回收(OG)、地下料倉(cāng)、煤氣加壓站和副槍共八個(gè)子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)用一個(gè)西門子SIMATIC 400站進(jìn)行控制，這八個(gè)站通過西門子通訊模塊CP443掛在一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)――SIMATIC H1網(wǎng)上。同時(shí)還有八套工業(yè)微機(jī)通過西門子網(wǎng)卡CP1613也掛在同一個(gè)SIMATIC H1網(wǎng)上，作為人機(jī)界面完成轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。二級(jí)管理系統(tǒng)包括一套服務(wù)器和一套工業(yè)微機(jī)，完成對(duì)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的管理任務(wù)，及時(shí)下達(dá)煉鋼的計(jì)劃和命令。
　　
　　1、 硬件組成

　　包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件包括：8個(gè)西門子SIMATIC 400站（每個(gè)站包括1個(gè)電源模塊、1個(gè)CPU、1個(gè)CP443通訊接口模塊和數(shù)量不等的模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出模塊）、8套研華工業(yè)微機(jī)、8個(gè)西門子CP1613網(wǎng)卡。

　　2、 軟件組成

　　包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件包括：Windows NT 4.0中文版操作系統(tǒng)、Intellution FIX 7.0監(jiān)控軟件、STEP 7西門子編程軟件。

　　3、 系統(tǒng)配置（見附圖）

　　包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)中8個(gè)SIMATIC 400站通過西門子CP443接口模塊掛在一個(gè)SIMATIC H1工業(yè)以太網(wǎng)上完成控制功能，同時(shí)8套研華工業(yè)微機(jī)也通過西門子CP1613網(wǎng)卡掛在同一個(gè)SIMATIC H1工業(yè)以太網(wǎng)上完成監(jiān)視和操作功能。其中，轉(zhuǎn)爐本體控制系統(tǒng)的SIMATIC 400站通過現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP網(wǎng)與轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)的SIMATIC 300站交換數(shù)據(jù)；氧槍控制系統(tǒng)的SIMATIC 400站通過現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP網(wǎng)與氧槍提升系統(tǒng)的兩個(gè)SIMATIC 6RA24交換數(shù)據(jù)，并且在同一個(gè)Profibus DP網(wǎng)上掛了一個(gè)工業(yè)鍵盤PP17-II對(duì)氧槍的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作；散料鐵合金控制系統(tǒng)的SIMATIC 400站通過現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP網(wǎng)掛了兩個(gè)工業(yè)鍵盤PP17-II對(duì)散料和鐵合金的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作；煙氣回收（OG）控制系統(tǒng)的SIMATIC 400站通過現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP網(wǎng)掛了兩個(gè)工業(yè)鍵盤PP17-II對(duì)OG的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作。

　　4、 硬件評(píng)估

　　SIMATIC H1網(wǎng)是德國(guó)西門子公司開發(fā)的一種基于TCP/IP協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，它的優(yōu)點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單、便于擴(kuò)展、速度快、兼容性好。包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用粗的同軸電纜作為SIMATIC H1網(wǎng)的連接介質(zhì)，有效地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸過程中的抗干擾功能，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；SIMATIC Profibus DP網(wǎng)是西門子公司開發(fā)的一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的設(shè)備網(wǎng)，它的特點(diǎn)是可以在PLC（可編程序控制器）與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如變頻器、工業(yè)鍵盤、智能儀表、分布式I/O站等）之間交換數(shù)據(jù)。包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用屏蔽雙絞線作為Profibus DP網(wǎng)的連接介質(zhì)。SIMATIC 400站是西門子公司的拳頭產(chǎn)品，無(wú)論在控制速度、控制精度還是抗干擾性、靈活性各方面講都處與PLC產(chǎn)品的領(lǐng)先地位，研華（ADVANTECH）工業(yè)微機(jī)是最早得到推廣使用的工業(yè)微機(jī)，因此包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)選用了這兩種產(chǎn)品。

包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)配置圖

　　5、 軟件評(píng)估

　　Windows NT是美國(guó)Microsoft微軟公司最出色的產(chǎn)品之一，也是世界上應(yīng)用最為廣泛最可信賴的軟件平臺(tái)，因此包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)選用Windows NT 4.0中文版操作系統(tǒng)。Intellution公司是美國(guó)一家專門生產(chǎn)工業(yè)監(jiān)控軟件的軟件公司，它的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于世界各大工廠，它的數(shù)據(jù)庫(kù)、畫圖、顯示、歷史趨勢(shì)、配方緊密結(jié)合，不但可以畫出逼真的圖形，還能將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)快速顯示在屏幕上；它可以在屏幕上制造出按鈕來(lái)取代真正的按鈕完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作；它能將數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)按時(shí)間存放在數(shù)據(jù)文件里供歷史趨勢(shì)文件調(diào)用顯示，這樣就能把幾小時(shí)、幾天、甚至幾個(gè)月前的數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)曲線的形式展示給工程師們，以便分析事故和改進(jìn)工藝；它可以利用Windows DDE（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換）功能把FIX數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)傳送到Office Excel文件和Office Access文件，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)表打印和數(shù)據(jù)查詢功能。STEP7是西門子公司為S7-400和S7-300系列PLC設(shè)計(jì)的編程軟件，它能完成龐大的邏輯控制和復(fù)雜的調(diào)節(jié)控制；它的組織塊、功能塊、數(shù)據(jù)塊相結(jié)合的編程思想可以隨心所欲地實(shí)現(xiàn)各種控制要求；它的時(shí)間中斷組織塊可以實(shí)現(xiàn)短到10ms長(zhǎng)到5s的快速中斷請(qǐng)求；它的符號(hào)表（Symbol）可以輸入中文方便進(jìn)行程序注釋。因此，Windows NT 4.0、Intellution FIX 7.0和STEP7可以說(shuō)是包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的“三劍客”，共同完成了對(duì)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的監(jiān)視控制任務(wù)。

　　6、 疑難與解答

　　1） 數(shù)據(jù)通訊

　　這里的數(shù)據(jù)通訊包括SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間，SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間，SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 6RA24之間，SIMATIC 400 PLC與Intellution FIX之間的數(shù)據(jù)通訊。其中，SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 400 PLC之間是通過SIMATIC H1工業(yè)以太網(wǎng)通訊，編程使用FC5（發(fā)送數(shù)據(jù)功能塊）和FC6（接收數(shù)據(jù)功能塊）；SIMATIC 400 PLC 與SIMATIC 300 PLC之間是通過現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP網(wǎng)通訊，編程使用SFB15（存放數(shù)據(jù)功能塊）和SFB14（得到數(shù)據(jù)功能塊）；SIMATIC 400 PLC與SIMATIC 6RA24之間是通過現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP網(wǎng)通訊，編程使用SFC14（DP讀功能塊）和SFC15（DP寫功能塊）；SIMATIC 400 PLC與Intellution FIX之間的數(shù)據(jù)通訊通過SIMATIC H1工業(yè)以太網(wǎng)通訊，使用SIMATIC NET軟件完成CP1613網(wǎng)卡的設(shè)置。值得注意的是FC5、FC6、SFB15、SFB14、SFC14、SFC15這些功能塊必須在OB32（1s時(shí)間中斷組織塊）中調(diào)用。

　　2） 氧槍定位

　　轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是氧槍定位，因?yàn)橐坏┒ㄎ徊粶?zhǔn)就會(huì)影響煉鋼的質(zhì)量，甚至引發(fā)噴濺或爆炸。包鋼轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)引進(jìn)了兩套極限來(lái)為氧槍定位，一套是電器送過來(lái)的極限開關(guān)，另一 套是變頻電機(jī)自整角機(jī)送過來(lái)的計(jì)數(shù)脈沖。為接收計(jì)數(shù)脈沖，特 選用西門子高速計(jì)數(shù)模塊，軟件使用FC0（高速計(jì)數(shù)功能塊）。 鑒于這次的自整角機(jī)產(chǎn)生的脈沖只有600pps，建議下一工程取消自整角機(jī)，直接將編碼器裝到電機(jī)的輸出軸上，這樣可以接收更多的脈沖，定位更加準(zhǔn)確。

　　3） PID調(diào)節(jié)

　　轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中有很多控制對(duì)象，諸如氧氣流量、氧氣壓力、氧槍冷卻水流量等都需要穩(wěn)定的值。以前這些模擬量的調(diào)節(jié)采用智能儀表，現(xiàn)在有了西門子SIMATIC 400 PLC就可以取代這些智能儀表，PID調(diào)節(jié)在STEP7中使用FB41（連續(xù)PID調(diào)節(jié)控制）；在Intellution FIX 7.0中使用畫圖功能模擬一個(gè)PID調(diào)節(jié)器的操作面板，完成PID調(diào)節(jié)控制中的手/自動(dòng)切換、給定值輸入、手動(dòng)輸出值輸入、PID參數(shù)（比例系數(shù)、積分時(shí)間）輸入等功能。

　　4） 汽包三沖量調(diào)節(jié)

　　汽包的液位調(diào)節(jié)在PID調(diào)節(jié)中難度很大，因?yàn)槠娜莘e越大，它的容水量就越小。當(dāng)液位過低時(shí)由于缺水就會(huì)造成爆炸事故，當(dāng)液位過高時(shí)由于水多就會(huì)造成滿水事故。由于汽包進(jìn)口給水量和汽包出口蒸汽量的突然變化都會(huì)導(dǎo)致虛假液位，因此必須根據(jù)汽包液位、給水流量和蒸汽流量對(duì)汽包進(jìn)行三沖量調(diào)節(jié)。具體的方法是先對(duì)汽包液位的變化進(jìn)行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，然后再加上給水流量的變化，最后再減去蒸汽流量的變化，把最后的計(jì)算結(jié)果送給最終的液位調(diào)節(jié)閥輸出；給水流量和蒸汽流量則采用單獨(dú)的PID調(diào)節(jié)，以保持給水流量和蒸汽流量的穩(wěn)定。

　　5） 標(biāo)準(zhǔn)化編程

　　大型的自動(dòng)化控制系統(tǒng)很難一個(gè)人完成，因此需要很多人的分工與合作。標(biāo)準(zhǔn)化編程就是要使軟件工程師編寫的程序整齊劃一，通用性和可讀性強(qiáng)，除了作者本人的閱讀者也能輕而易舉地理解作者的編程思想和工藝要求。這樣不但可以使編程人員不再糾纏編程的枝節(jié)問題，縮短編制程序的時(shí)間，集中精力解決更加困難的工藝上的問題；而且有利于維護(hù)人員對(duì)程序的理解，為生產(chǎn)保駕護(hù)航提供了更加寶貴的經(jīng)驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)化編程的實(shí)現(xiàn)是多方面的，首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙編制各系統(tǒng)的點(diǎn)號(hào)表（用EXCEL表格）；再根據(jù)點(diǎn)號(hào)表填寫Intellution FIX數(shù)據(jù)庫(kù)；再根據(jù)點(diǎn)號(hào)表編制STEP7符號(hào)表（SYMBOL）；再根據(jù)點(diǎn)號(hào)表找出各控制設(shè)備的輸入/輸出點(diǎn)號(hào)，據(jù)此定義下列STEP7使用的中間線圈點(diǎn)號(hào)：模擬手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換選擇開關(guān)；啟動(dòng)按鈕、停止按鈕（對(duì)單線圈的泵或電磁閥）；開啟按鈕、關(guān)閉按鈕、停止按鈕（對(duì)雙線圈的電動(dòng)閥）；手動(dòng)輸出值、給定值、比例系數(shù)、積分時(shí)間（對(duì)PID調(diào)節(jié)閥）；再根據(jù)各控制設(shè)備的輸入/輸出點(diǎn)號(hào)和中間線圈點(diǎn)號(hào)編制各控制設(shè)備的手動(dòng)程序；最后根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書編制各控制設(shè)備之間的邏輯連鎖程序，即自動(dòng)程序。

　　6)畫面強(qiáng)制

　　大型工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)涉及的控制設(shè)備很多，控制工藝復(fù)雜，導(dǎo)致控制過程中的邏輯連鎖非常復(fù)雜，主要設(shè)備動(dòng)作的諸多條件很難同時(shí)滿足。為了調(diào)試程序的需要，在畫面上增設(shè)許多選擇開關(guān)，當(dāng)某開關(guān)置“1”時(shí)，就假設(shè)此條件滿足。當(dāng)所有條件滿足時(shí)，程序就可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，而不必等待實(shí)際條件滿足。在生產(chǎn)中有時(shí)某設(shè)備出現(xiàn)臨時(shí)故障，為不影響正常生產(chǎn)，也可以在畫面上強(qiáng)制，繼續(xù)生產(chǎn)，直到設(shè)備修好，再把強(qiáng)制解除即可。