摘要： 本文介紹ControlLogix控制系統(tǒng)在60T氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)控制中的應(yīng)用，著重討論了系統(tǒng)的控制對象，控制任務(wù)，硬件組成和程序設(shè)計，以及在設(shè)計中針對轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的控制難點而采取的相應(yīng)措施。
一、概述
龍鋼集團(tuán)煉鋼廠二號60T氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐于2008年6月正式投產(chǎn)。該系統(tǒng)中轉(zhuǎn)爐本體和余熱鍋爐汽化冷卻系統(tǒng)的過程控制采用電器控制、儀表控制和計算機自動化控制三部分一體化實現(xiàn)，提高了過程控制的全安系統(tǒng)數(shù)和可靠性。其中計算機自動化控制部分由兩臺服務(wù)器、四臺操作員站、一臺工程師站，一套帶冗余的ControILogix控制系統(tǒng)和控制器下的三個子站組成，通過 ControINet現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。
二、主要控制對象
整個控制系統(tǒng)由轉(zhuǎn)爐本體和汽化冷卻兩大部分組成。轉(zhuǎn)爐本體主要包括傾動機構(gòu)、氧槍升降機構(gòu)、氧槍橫移機構(gòu)、煙罩升降、稱量裝置、上料裝置、擋火門，其中控制部分包括各拖動機構(gòu)運動過程的實現(xiàn)，操作地點及操作權(quán)限的選擇，各設(shè)備停車位置的準(zhǔn)確定位，設(shè)備運行過程中各種聯(lián)鎖關(guān)系的實現(xiàn)，生產(chǎn)過程中各過程數(shù)據(jù)的采集。汽化冷卻部分包括汽化冷卻煙道、汽包、除氧器及除氧水箱、強制循環(huán)泵、鍋爐給水泵、蓄熱器，其中控制包括各設(shè)備操作地點操作權(quán)限的選擇，兩臺循環(huán)泵和兩臺給水泵啟停方式的自動控制，各儀表數(shù)據(jù)的采集，各種聯(lián)鎖關(guān)系和報警的實現(xiàn)，及各控制閥門的自動調(diào)節(jié)等。
三、自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成
轉(zhuǎn)爐自動化系統(tǒng)采用一套互為冗余的ControILogix控制系統(tǒng)、兩臺互為冗余的服務(wù)器、一臺工程站和四臺操作員站，通過設(shè)備網(wǎng)(DeviceNet/ profibus),控制網(wǎng)(controlnet),廠級管理網(wǎng)(Ethernet/IP)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換過程控制。整個系統(tǒng)的自動化控制由 ControILogix控制器，以開放的三層網(wǎng)絡(luò)總線連接各個部件，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、聯(lián)動聯(lián)鎖控制、以及信號傳輸、報警和數(shù)據(jù)采集等，同時設(shè)有人工緊急停車處理按鈕。整個自動化控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如下圖所示。
四、自動化控制系統(tǒng)控制方式和功能
(1)控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用的羅克韋爾Logix5562 控制器，采取冗余配置。冗余控制器機架選用7槽1756-A7機架，通訊模塊選用1756-ENBT以太網(wǎng)通訊模塊和1756- CNBR冗余ControlNet通訊模塊，開關(guān)量輸入輸出選用32點1756-IB32、1756- OB32模塊,模擬量輸入選用16點1756- IF16模塊，模擬量輸出選用8點1756- OF16模塊。根據(jù)所需I/O模塊數(shù)量選配兩個13槽1756-A13機架作為擴展I/O機架。
冗余控制器機架通過以太網(wǎng)通訊模塊，與計算機監(jiān)控系統(tǒng)建立連接通訊;冗余控制器機架與擴展I/O機架通過介質(zhì)冗余的ControlNet網(wǎng)絡(luò)連接起來，實現(xiàn)對I/O數(shù)據(jù)的采集和控制。變頻器選擇冗余的Control Net網(wǎng)絡(luò)接口，和I/O 機架一起掛接到ControlNet 網(wǎng)絡(luò)。在一套擴展 I/O 機架上安裝 Device Net網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，在直接啟動的電機的控制回路安裝羅克韋爾自動化公司電機保護(hù)E3產(chǎn)品，通過DeviceNet 設(shè)備網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳入PLC。同時，轉(zhuǎn)爐傾動及氧槍升降變頻控制速度回饋檢測選用羅克韋爾自動化公司的842D絕對值編碼器，通過DeviceNet接口連入設(shè)備網(wǎng)，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐傾動及氧槍升降位置的精確控制。
(2)服務(wù)器
該獨立系統(tǒng)的服務(wù)器采用 DELL高端專用計算機服務(wù)器。服務(wù)器系統(tǒng)平臺為 w i n d o w s 2003 server，服務(wù)器上裝有 RSVIEW SE上位監(jiān)控軟件，其用于對整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理、用戶登陸控制，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理、報表的打印，上位管理網(wǎng)的通訊、專業(yè)工程師的軟件開發(fā)及維護(hù)使用，在生產(chǎn)過程中服務(wù)器也可作為操作員站使用。
(3)工程師站和操作員站
工程師站和操作員站采用的DELL 高端商用計算機，系統(tǒng)平臺為windows xp sp2。工程師站安裝RSView SE界面開發(fā)軟件和Logix5562控制器編程軟件包，通過工程師站來完成整個控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，地址和站點的分配以及用戶程序的設(shè)計開發(fā)調(diào)試工作，獲取和修改軟硬件的參數(shù)。操作員站為整個系統(tǒng)的人機界面，配置RSVIEW SE畫面的客戶端監(jiān)控軟件，通過服務(wù)器分配的權(quán)限通過以太網(wǎng)實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的過程監(jiān)控，過程動態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定、操作控制等功能，并具有過程信息歸檔、報警信息順序顯示、報表打印等功能，具有很強的實時性。
五、抗干擾功能的設(shè)計與實現(xiàn)
由于電氣設(shè)備的存在，尤其是變頻器每次啟動所產(chǎn)生的高頻沖擊，大電流運行時所產(chǎn)生的強電磁場，以及電網(wǎng)諧波等諸多干擾因素的存在，嚴(yán)重威脅控制系統(tǒng)的正常運行和通信網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定暢通，為此設(shè)計中根據(jù)各種干擾源的存在采取了相應(yīng)的預(yù)防措施。
(1)接地
計算機、ControILogix控制器和通信網(wǎng)絡(luò)采用單獨的專用接地處理。
(2)模擬量輸入信號濾波
對于電氣設(shè)備的電壓、電流及電機速度給定等重要模擬量輸入信號在進(jìn)控制器模擬量通道之前，先經(jīng)過信號隔離器消除通道中的串模干擾，在保證有用信號不被衰減的情況下最大限度的衰減干擾，提高通道的信噪比。
(3)模擬量通道屏蔽
模擬量信號的輸入導(dǎo)線采用有屏蔽的雙絞線電纜，以降低輻射干擾和電磁耦合性干攏。
(4)模擬量通道隔離
模擬量模塊采用通道光電隔離模塊，降低通道間共模干擾。
(5)數(shù)字量通道隔離
數(shù)字量模塊采用通道光電隔離模塊，在信號進(jìn)出PLC通道之前加設(shè)中間繼電器對通道進(jìn)行雙重隔離，防止串入強干擾電壓燒壞通道。
(6)通訊電纜設(shè)置
Ethernet、Control Net和Device Net三層網(wǎng)絡(luò)采用專用的通訊模塊及工業(yè)級屏蔽專用網(wǎng)絡(luò)電纜，電纜走向避免與動力電纜平行，盡可能遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)爐本體和大電流線路。
(7)電源隔離
工作電源通過帶屏蔽的隔離變壓器給ControILogix控制器及擴展機架供電，使控制器和大功率的電氣設(shè)備的電位隔離，避免供電線路干擾。
(8)程序設(shè)計抗干擾處理
對于模擬量輸入信號采用延時濾波技術(shù)，消除瞬時干擾。對于數(shù)字量輸入信號采用鎖存和指令對比技術(shù)，降低誤信號。
六、結(jié)束語
系統(tǒng)投運至今運行穩(wěn)定可靠，抗干擾技術(shù)的合理化應(yīng)用保證了 ControILogix設(shè)備和通訊網(wǎng)絡(luò)在惡劣環(huán)境中的安全暢行。Logix 5000程序故障診斷，在線監(jiān)控和修改技術(shù)，方便了程序維護(hù)，開放的、標(biāo)準(zhǔn)的三層網(wǎng)絡(luò)增強了系統(tǒng)的擴展能力。整套系統(tǒng)自動化水平高、操作簡潔方便、報警明了清晰、故障率低、維護(hù)量小，達(dá)到了同類控制系統(tǒng)的先進(jìn)水平。
（轉(zhuǎn)載）
