高炉自动控制系统技术方案

450m3高炉自动控制系统技术方案

第一章方案综述

1、概述

1.1 系统范围：

该系统范围为高炉基础级自动化三电控制部分，即：仪表、电气、计算机。主要有：槽下高炉上料、炉顶控制系统，高炉本体测控系统，热风炉控制系统，煤气干式净化控制系统，供料控制系统，系统网络通讯等系统的基础级自动化

控制。

1.2 设计选型原则

（1）尽量采用先进、成熟、可靠的控制技术，本着经济实用、安全可靠及先

进的原则，集多年冶金自动化系统设计、维护之经验,进行系统优化设计，实现低成本、高效率自动化系统；

（2）采用三电（EIC）一体化控制，主体工艺采用三电合一（EIC）的控制思想，实现仪表、电气及自动控制系统的集成控制。系统采用集散型PLC实现分

布式网络控制，确保系统运行稳定可靠；

（3）为确保系统具有良好的匹配性，PLC系统、电气及标书内的仪表设备分别尽量选用同一厂家产品；

（4）上位机、PLC之间的通讯采用工业以太网结构，确保系统具有良好的开放性；

（5）方案设计充分考虑节能降耗，减少电磁干扰，提高系统的稳定性；

（6）在完成基础级自动化的基础上，统一规划网络结构，预留与企业管理级

系统的通讯接口。

对于本项目共分为高炉本体、高炉炉顶上料、热风炉、煤气干法除尘、供

料控制系统等五个部分，涉及到仪表、电气和PLC自动化系统等三个方面。

2、PLC系统配置

PLC控制系统由4套单独PLC构成，按工艺流程分：槽下上料、炉顶布料

系统；高炉本体工艺参数采集和控制系统；热风炉数据采集与功能控制系统；

煤气净化系统；上料系统、高炉本体系统、热风炉系统的PLC以及各自的监控

站通过工业以太网连接在一起。

热风炉PLC

本体PLC

上料PLC

热风炉监控站本体监控站上料监控站

除尘监控站

除尘PLC

热风炉操作室炉长操作室

工业以太网组网结构图

系统采用西门子S7-400／S7-300系列PLC，编程软件采用STEP7 V5.3,监控软件采用WINCC6.0中文版。PLC与上位机间采用以太网通讯模式，PLC与PLC之间同样采用以太网通讯模式总线结构。在高炉上料值班室、高炉工长值班室之间采用双绞线以太网，高炉工长值班室与热风炉值班室、除尘值班室通过光纤连接，采用Dlink工业光纤口以太网交换机,高炉上料值班、热风炉值班室设置工业以太网交换机。PLC系统I/O余量大于10% 。

HMI操作配备7台操作站。上料控制室安装2台上位监控机；高炉本体2台上位监控机放于工长值班室内；热风炉2台上位机放置于热风炉控制室内；煤气净化系统上位机1台放置于煤气净化控制室。上位机采用研华工控机，21吋飞利浦纯平显示器，均采用当前流行配置。

针对现场的实际情况，上料值班室安置1个仪表柜，主要是10台称量斗和两个中间仓的重量变送；还设有上料远程PLC柜和继电器柜组成分布式系统，通过Profibus与炉长室的上料本地PLC柜通讯。

炉长室设有上料本地PLC柜，负责上料和炉顶设备的控制；还设有本体PLC 柜和信号隔离柜负责高炉本体的监控；HMI操作包括两台上料系统操作站和两台本体监控用操作站；HMI与PLC之间通过以太网通讯。在热风炉值班室有热风炉PLC柜及热风炉隔离柜，负责热风炉的控制；还有除尘本地PLC柜和除尘隔离柜，负责除尘系统的控制；HMI操作包括两台热风炉系统操作站和一台除尘系统监控操作站。在除尘配电室设有除尘远程PLC柜和继电器柜，通过Profibus与除尘本地PLC柜通讯，组成分布式系统。

3、电气部分

电气部分包括高炉本体、高炉矿槽、高炉炉顶的供配电。主要电气元件选用国内外著名公司产品。其中，主卷扬变频器采用西门子6SE70系列变频器，功率400KW。

4、西门子系统简介

4.1 硬件性能

SIEMENS自动化系统具有强大的信号处理和逻辑运算能力，具有模板化、可扩充的体系结构，适用于工业实时控制和制造过程控制。

高性能：

（1）高吞吐量，使得更多的程序运行时间更短。

（2）附加的数学协处理器能满足更多的控制要求，提供更多的可能性及更高的产品质量。

高完备性：

（1）适于苛刻的工业环境，例如复杂的电气设备及环境温度。

（2）SIMENS符合UL.CSA和工厂等级FM1,Div2的要求，给用户提供一个安全的选择。

（3）可选的冗余电源、电缆，为重要场合提供安全保障。

（4） SIEMENS专利的段调度技术使得I/O更新和程序扫描同步进行，从而实现安全，可预测的控制。

方便使用：

（1）SIEMENS系统中不使用DIP开关，全部地址用转换开关设定，SIEMENS 控制器提供了所有下装模块的配置特征。

（2）十进制地址方式排除了在编程，检查系统时记忆转换的繁琐过程。

（3）○所有的I/O模板使用同样的I/O接线端子，这样不必考虑板子与接线端子的对应关系。

（4）运行时每块模板都有正常信息显示，使用户维护更容易。

（5）扩展总线的LED组，能够减少诊断故障时间。

（6）所有模板均可插入底板的任一槽中，对于除了电源模板外的所有模板，没有对所在槽位的配置限制。

（7）所有模板均有LED显示灯指示操作状态。

（8）允许模板带电插拔。

（9）用于现场接线的端子排插于模板前部。

4.2 WINCC 功能结构

4.2.1 基本功能

WINCC 自动化软件为操作人员和贯穿整个管理的应用软件提供实时的数据。实时数据的处理是如何更加有效的利用资源、人力，最终提高自动化程度的关键。WINCC最基本的功能就是数据采集和数据管理。

（1）数据采集：WINCC软件采集数据时无需特定的硬件，它可以通过高性能、高速I/O驱动程序与硬件通讯。

（2）数据管理：一旦接收到数据，应用程序对数据进行处理与引导。

（3）数据完整性：数据采集与数据管理为WINCC 执行的所有自动化任务提

供了基础。数据的完整性是WINCC软件的核心，并且是WINCC 开发体系的固有

部分。

4.2.2 人机界面及监控与数据采集功能

（1）显示：WINCC强大的数字、文本、图像格式提供了最友善的人机界面。

（2）监控：操作人员直接从计算机改变设定值和其它关键值的功能与监视

数据显示相配合。

（3）报警：WINCC以多种途径（包括多媒体）将得到的报警通知操作人员。

（4）控制：WINCC软件包括连续控制、批处理控制、统计控制功能，利用

算法调整过程量。留有用户程序接口，方便诸如优化、模糊控制的嵌入。