湖南涟源钢铁集团公司
2200m3高炉
PCS7自动控制系统方案简介
作者:
牛辉 (中冶南方工程技术有限公司自动化事业部)
罗文龙 (涟源钢铁集团公司计控厂测控室)
范书中 (西门子(中国)有限公司武汉分公司)
二OO四年九月
1
目录
1. 项目简介..............................................................3 1.1 高炉工艺简介.....................................3 1.2 涟钢2200m3高炉项目简介..........................4 2 PCS系统配置简介..................................................5
2
1. 项目简介
1.1 高炉工艺简介
高炉是钢铁企业的主要工艺设备之一,主要用于钢铁企业生产的最主要的初级产品铁水的生产.其基本原理就是将铁矿石和焦炭混合后在高炉内加热,发生还原反应,生成铁水、炉渣和高炉煤气。高炉生产能力的大小主要由高炉的容积决定，目前新建的高炉大都在1800m3以上。高炉项目是一个十分复杂的工艺系统，主要可以分为以下主要部分：
• 原料准备系统通常称作槽上和槽下，槽上是指原料槽的上游，负责将原料
运输到原料槽内，主要的控制内容为皮带运输机和受料小车的监控；槽下是指原料槽的下游到高炉炉顶，负责将原料槽内的原料按照高炉的要求将正确的配料输送高炉炉顶，主要的控制内容为上料皮带和料槽下料阀门的控制，保证高炉能够得到所需求的正确配比了的原料和给料数量。 • 高炉炉顶，主要负责将由槽下输送来的原料正确的布置在高炉内，主要的
控制内容为同过布料溜槽的旋转和角度的控制实现要求的布料形态。保证高炉的正常炉况和冶炼强度。
• 高炉本体，是保证高炉冶炼的基础。主要的控制功能为对高路炉炉体的工
况进行监视，大量的模拟量输入是高炉的特点，特别是大量的RTD输入。
• 鼓风机站是提供高炉冶炼所需大量热风的地方，目前以电动机驱动鼓风机
为主，主要的控制内容为电机和风机的监控和送往高炉的风量的调节，鼓风机控制系统一般由风机厂家成套供货。
• 热风炉，主要用于将鼓风机站送来的压缩空气加热到1000。C左右，送
往高炉，从高炉的底部将热风送入高炉，热风在上升的过程中，与由炉顶向下运动的原料相遇，加热后使原料发生还原反应，产生铁水、炉渣和煤气。铁水和炉渣由炉底派出，而煤气则有高炉炉顶经除尘后进入煤气管网。大型高炉一般有3-4座热风炉，交叉循环工作，保证平稳向高炉送风。热风炉的主要控制任务为保证正确的换炉顺序和稳定的送风温度。
3
• 煤气清洗主要将由高炉产生的煤气除尘，方便使用，主要的控制内容为控
制洗涤水的流量以保证最佳的洗涤效果。
• TRT（Top pressure Recovery Turbine ）炉顶煤气压力回收透平。高
炉炉内的煤气压力大约为0.2Mpa左右,虽然压力不高,但流量加大,通过透平发电机回收能够达到10000-30000kW的发电功率.主要的控制功能要求为保持高炉炉顶煤气的稳定,保证透平发电机工作稳定。
• 渣处理系统，将由高炉派出的高温液态炉渣用工业循环水冲洗后变成固态
颗粒。除去水份后作为水泥生产原料。主要的控制要求为保持冲洗水的合理流量，达到最好的造渣效果。
1.2 涟钢2200m3高炉项目简介
涟钢2200m3高炉是涟钢的第6座高炉，目前最大的也是唯一一座容积大于2000 m3的高炉高。它于2002年初动工，2003年12月正式投产，经过将近一年的运行,目前生产稳定，运行平稳，日产铁水约5000吨，完全达到了预期的设计要求和目标。
该2200m3高炉在国内首次采用项目整体交钥匙方式。由武汉钢铁设计研究总院(现中冶南方工程技术有限公司)通过投标代表涟钢作为项目建设法人全面负责项目实施。高炉自动控制系统作为整个项目的核心设备之一，是业主和总承包方都高度关注的。
西门子公司以PCS7系统通过公开招标于2002年9月获得该项目的供货合同。在整个项目的实施过程中，西门子公司以优秀的产品质量和售后服务，为整个项目的顺利投产做出了自己的贡献，赢得了业主和总包方的好评。PCS7主要优势在于：
• 系统具备“三电一体化”功能即控制系统不但要善于处理逻辑控制也要善
于完成模拟量的控制，同时要能够方便的同过程计算机相连。同时，系统具有硬件、软件平台一致性，不应是多种控制系统、多个系列产品的直接并列、网络连接。而是有机的统一j即全集成系统。
4
• 系统具有高度的开放性，无论是系统的工作平台(Windows)、系统的骨干
网络(工业以太网)以及现场总线系统(PROFIBUS)，都是目前的市场主流和发展方向.
• 系统能够支持客户机-服务器结构，特别是多服务器结构，这是目前
MES、ERP等高级管理系统对基础自动化系统的基本要求。
• 系统能够支持工艺系统的分布实施，由于在高炉项目建设中，部分子项的
投入运行是其他子项实施的前提，在系统的应用软件设计中必须切块考虑，在客户机服务器结构中必须具备项目的分解与合并功能。
• 系统具备冗余功能，无论是控制系统的操作站（OS）、控制器（AS）、
骨干通讯网络还是现场总线都应具备冗余功能，这是高炉连续工作和高可靠性要求所决定的。
2 PCS系统配置简介
根据高炉工艺的特点西门子公司推荐采用PCS7过程控制系统，经过与业主和总包方的技术交流，最后确定的系统配置如图所示：
5
槽下系统/无钟炉顶/高炉本体系统/热风炉
历史数据服务器/web服务器/过程数据服工程师站
过程计算机
OSM62 100M快速以太网OSM62OSM53AS417H 高炉本体系统 槽上系统无钟炉AS417H 煤气清洗 TRT系统 AS41水处理系统鼓风机站 OMCOMCOMCOMCELS4OSM22OSM62 OSM62 AS417H AS417H AS417HOSM53AS417HOSM62AS417HOSM62 AS417HELS4 煤气清
TRT系槽下系热风炉系
水处理系
鼓风机2＃渣处理AS411＃渣处理AS41浊水泵房AS41
6
热风炉流程画面
7
系统的主要组成部分、功能及安装位置如下
• 系统共设置工程师站2台
负责整个项目的编程与组态，项目完成后在工程师室设置一台工程师站用于系统的维护，硬件采用西门子工业控制计算机PC840。工程师室在高炉主控制室的隔壁。
• 采用两对冗余多功能服务器
由于服务器功能强大，可以采用不同的方式分配服务器的功能，目前实际运行的分配方式为以工艺子项分配为主，即每对服务器分别主要负责一部分工艺子项的数据通讯和数据归档，但提供给过程计算机的数据两对服务器都可以提供。服务器硬件采用西门子工业控制计算机PC840, 服务器也安装在工程师室内。 • 操作站
为PCS7操作站客户机，部分操作站采用了分屏显示功能，由于采用了服务器结构，任意一台操作站都可以实现整个高炉项目的监控，对于相对集中的控制室如高炉主控制室，操作站主机已经满足配置要求，但为了方便操作人员的监视，通过分屏显示的方法既满足了要求又降低了费用。目前的运行实践为高炉主控制室的7台CRT有操作人员根据具体情况任意设顶所监控的工艺对象。操作站硬件采用西门子工业控制计算机PC840。 • 设备骨干网络
设备骨干网络是指AS站之间、AS与服务器之间、服务器与客户机之间的通讯网络。采用具有交换机技术的100Mbps的高速环状以太网，该以太网为全双工介质冗余结构，保证了整个项目的通讯系统高速可靠。同时由于将控制器与控制器、控制器与服务器、服务器与客户机的网络合为一个环，节省了设备投资、安装工作量和维护工作量。网络介质采用西门子公司工业以太网网络元件OSM、 CP1613、CP443-1等。由于采用客户机-服务器结构，作为客户机的操作站的网络接口采用了普通的商用以太网网卡。经过将近一年的运行，拥有30多个DTE的网络通讯稳定，无论是基础自动化系统内部还是基础自动化与过程计算机的数据交换都保持良好的状态。充分证明了工业以太网技术作为大型自动控制系统设备骨干网的优越性。
8
• 控制器
作为基础自动化系统用户控制程序的执行者，控制器对于控制系统的控制功能、系统的稳定运行起着决定性的作用，同时，由于高炉工艺对可靠性的要求，部分工艺子项需要采用冗余控制器，西门子AS417H控制器作为主要的选择应用在了大部分工艺，对于个别可靠性要求低，工艺设备本身已经是冗余配置的场合则采用AS414、AS416既满足了工艺要求又适当降低了费用 • 输入输出模块
西门子公司作为现场总线技术的领导者和大力倡导者，在过程信号的输入输出方面推出了全系列的分布I/O设备。本项目中采用了ET200M分布I/O站，由于高炉工艺的高粉尘特点，所有的控制设备包括ET200M分布I/O站都根据设计安装在电气室内。根据现场输入输出信号的具体情况采用了相应的输入输出模块包括24VDC16DI、24VDC16DO、4-20mA8AI、4-20mA4AO、TC8AI、RTD8AI等特别是TC和RTD模块的采用大大减少了相应的温度变送器的采用，同时由于AI模块对2线制的支持。减少了配电器的使用。节省了可观的费用。
9
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容