宝钢1号高炉三电控制系统配置及其特点

宝钢1号高炉三电控制系统配置及其特点
竺联祥孙伟李华孟昭明
摘要：宝钢1＃高炉通过大修于1997年5月25日顺利点火投产，其三电操纵系统在功能分配上为分级式层次结构，由过程操纵级和基础自动化级组成；在系统配置上采纳惠普HP 9000／800运算机，安川CP-3500H PLC 及横河CENTUM-CS集散操纵系统组成三电一体化系统。

提高了操纵水平，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：高炉三电操纵系统系统配置
The features and configuration of EIC control system for
Baosteel No 1 blast furnace
Zhu Lianxiang Sun Wei Li Hua Meng Zhaoming (Beijing Central Engineering and Research Incorporation of Iron and Steel Industry of MMI Beijing 100053)
Abstract Baosteel No 1 blast furnace had its successful overhaul and was blown-in on May 25, 1997. In view of functional distribution the EIC control system is a hierarchical structure which consists of process computer control level and basic automation level. As for system configuration, Hewlett-Packard HP-9000／800 process computer, Yaskawa CP-3500H PLC and Yokogawa CENTUM-CS DCS, have been adopted to build up an EIC integrated control system, which has upgraded the No1 BF control level and serves to promote a great step in saving energy, saving manpower as well as securing furnace operating smoothly.
Key words blast furnace; EIC control system; system configuration
宝钢原有1＃高炉容积为4063m3，是现代化大型高炉之一，通过14个月的大修于1997年5月25日顺利点火复原生产［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)采纳高炉长寿化技术，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套重油喷吹装置临时保留，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。

图1 宝钢1#高炉工艺流程图
——炼铁厂范畴内；......炼铁厂范畴外；1VS－2VS一／二文丘里管洗涤塔；TRT－高炉煤气余压发电装置
关于三电操纵装置，除1＃高炉各电气室及传动设备、热风炉一次外表、水渣操纵装置检修留用外，主工艺线三电操纵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操纵装置。

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，以使大修后三电操纵系统在操纵水平、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，高层次是过程操纵级，低层次是基础自动化级(包括设备操纵级和检测驱动级)。

在配置上选用惠普HP-9000运算机，安川CP-3500H操纵系统和横河CENTUM-CS集散操纵系统组成三电一体化系统，其系统配置如图2所示。

图2 宝钢1#高炉大修工程三电操纵系统配置图
注1：电气紧急操作台的连线参见图3；注2：外表紧急操作台和继电器
盘的连线参见图4
系统配置的要紧特点有：
(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和运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，并采纳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操纵单元和
V-NET网是二重化系统，过程操纵运算机是双机系统，MMI可互为备用，构成简单而可靠的系统。

(5)大量采纳网络技术。

过程级与外部通信采纳以太网、TCP／IP协议，使高炉过程操纵机能与其他单元及上位治理机进行信息通信，以便形成铁区乃至全厂综合治理。

过程级与基础自动化级之间采纳V-NET网实现三电一体化，设备级采纳现场总线等。

(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 高炉过程操纵级［2］
2.1 应用功能
本级要紧完成生产过程优化操纵、操作指导、作业治理、模型操纵、数据处理和储存、与上级铁区治理运算机以及其他运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、工艺设备治理、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运算式集、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，本级采纳2台主运算机(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台为同系列的开发爱护用工作站)、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、实时操纵、信息治理和画面报表软件包的共享等任务。

客户侧差不多上智能终端，承担画面报表、背景编制等任务。

(2)通信
过程操纵级的外部通信，即1＃高炉与铁区治理机、铁水治理机、生产管制中心、原料及焦化5处运算机的通信，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台网络治理微机，与前3处的通信采纳光纤分布式接口(FDDI)方式，与后2处的通信采纳点对点(MODEM)方式，通信协议为TCP／IP。

过程操纵运算机系统与基础自动化级电气自动操纵和外表自动操纵系统的通信中，运算机实时数据采集和给电气、外表的设定数据差不多上通过ACG(网关)及V-NET网传送，而运算机运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)，采纳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、实时程序操纵软件包、画面显示软件包、通用调度程序包(含错误治理Ⅱ、消息治理功能)、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)开发爱护用工作站及AI工作站各配有操作系统(HP-UX10.10版)，采纳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(包括设备操纵级和检测驱动级)要紧进行电气自动操纵、顺序及逻辑操纵和外表自动操纵，对工艺过程信息进行检测、显示、记录及数据初步处理，执行设备运转操纵及工艺过程自动调剂、越限报警等。

3.1 电气操纵系统
(1)应用功能
如图3所示，电气操纵系统包括设备操纵级和检测驱动级。

本着电仪一体化原则，电气操纵系统侧重传动系统的操纵，同时也接入相关的外表(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。

图3 基础自动化级电气操纵系统结构图
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操纵和称量操纵，含称量补正及焦炭水分补正，上料周期操纵，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操纵，上料胶带运输机的连锁操纵和原料跟踪，炉顶设备连锁操纵，装料方式设定操纵等)。

热风炉系统包括热风炉设备(送风顺序操纵，换炉操纵，休止操纵，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(设备连锁操纵，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(连锁操纵，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(炉顶除尘操纵，南北出铁场除尘操纵，脱硅除尘操纵，矿槽上部除尘操纵)。

煤粉喷吹及制粉系统包括设备连锁操纵，操作数据设定，设备状态监视，故障处理。

(2)系统配置
在电气操纵系统中共采纳了4台CP-3500H操纵器、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 外表操纵系统
如图4所示，外表操纵系统包括设备操纵级和检测驱动级。

高炉所
要检测参数甚多，为此，设有大量常规外表和专门外表，这些是实现高
炉操纵所必须的，参见表1。

图4 基础自动化级外表操纵系统结构图
本着电仪一体化原则，外表操纵系统侧重热工检测、操纵和集中监视，同时也包括相关的顺序操纵和连锁操纵等。

(1)应用功能
表1 主工艺线专门外表要紧设备表
名称要紧技术规格数量备注
原料称量系统电子秤其中机械杠杆式10套，全电子式11套 21套
含脱硅用9套
大和衡器厂产品
焦炭中子水分计0～10% 2套
高炉煤气气相色谱仪CO，CO
2
，N
2
，H
2
3套横河GC1000型
高炉炉身煤气成分分析仪CO，CO
2
，H
2
3套红外型及热导型
送风湿度计5～50g/m31套专门型热电偶28支
高炉本体外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运算，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操纵，热风温度操纵及压力检测等。

炉顶系统炉顶煤气成分分析，炉顶温度分布检测装置，炉顶装料均排压操纵，炉顶压力操纵，炉顶打水操纵等。

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操纵，除尘器进出口温度、压力、流量测量等。

余压发电TRT透平转速操纵，负荷操纵，紧急开放阀操纵，氮轴封差压操纵，密封缸液位操纵，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操纵，重油支管流量操纵，吹扫顺序操纵，连锁操纵等［4］。

热风炉系统燃烧操纵，送风温度操纵，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外表检测操纵。

煤粉喷吹系统总管喷吹量操纵，支管喷吹量平均性操纵，总喷煤速率操纵等。

(2)系统配置
在外表操纵系统中共采纳了6台CENTUM-CS现场操纵站及其配套装置。

FCS 01高炉本体操纵站具有双主机(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操纵站具有双主机、双V-NET 网、双RIO-总线、附扩展柜TBC。

FCS 03出铁场／重油喷吹操纵站具有双主机、双V-NET网、双RIO-总线。

FCS 04热风炉／余热回收／送风操纵站具有双主机，双V-NET网、双RIO-总线。

FCS 05温度监视操纵站具有单主机(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)操纵站具有双主机、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，要紧是指操作站、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人机接口作为三电操纵系统的操作站。

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、操纵显示、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，并通过网关与运算机、工程师站相连，构成三电一体化操纵系统。

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，要紧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 终止语
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)，制造了宝钢高炉开炉以来最好实绩，同时一直坚持稳固顺行状态［5］。

通过半年的连续运行，三电系统运行稳固正常，运算机操纵模型投入运行，三电系统对高炉稳固顺行、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说明，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爱护的需要。

作者简介：竺联祥，男，1926年生，教授级高级工程师，要紧从事冶金自动化设计、项目治理、咨询等工作
作者单位：竺联祥孙伟李华孟昭明冶金部北京钢铁设计研究总院北京100053
参考文献
1 徐守厚，蔡可信，周治中，等.1号高炉大修实绩.宝钢技术，1997，(6)：1～6
2 李华，杨荣荣.宝钢1＃高炉大修工程过程运算机系统简介.钢铁厂设计，1998，(1)：26～29
3 米向荣.宝钢4060m3高炉炉体探尺操纵.钢铁厂设计，1998，(2)：36～40
4 罗钢.宝钢1＃高炉大修工程喷吹重油操纵.钢铁厂设计，1998，(1)：22～25
5 刘振均，金觉森，胡伯康.宝钢1号高炉(第二代)开炉实践.宝钢技术，1997，(6)：5～7
编辑：沈黎颖。