Quantum在钢铁行业国丰高炉的应用

1、Modicon Quantum在钢铁行业国丰高炉的应用Modicon Quantum在钢铁行业国丰高炉的应用中冶京诚工程技术有限公司：朱宴恒（项目经理）2008年8月iModicon Quantum 在钢铁行业国丰高炉的应用摘要：本文主要介绍了唐山国丰钢铁集团有限公司 300万吨工程 1号 1780M 3高炉的自动 化控制系统和生产工序。本高炉自动化控制系统的总体设计采用了全集成自动化平台， 包括 SCHNEIDER 公司的编程软件与硬件的设计与使用， 工业以太网、 现场总线以及冗 余技术的应用，使整套高炉的自动化控制系统具有可靠、稳定、安全、易操作和可扩展 功能等性能和特点。引言：中冶京诚工

2、程技术有限公司(简称京诚公司)是2003年 11月 28日由中冶集团北京钢铁设计研究总院根据国家有关政策和要求， 进行整体分力式改制后设立的股权多 元的现代企业。京诚公司在大型高炉、炼钢转炉、连铸机、棒线材轧机、中厚板轧机、 薄板坯连铸机、带钢冷轧等设计和技术享有盛誉，并有多项技术和设备进入国际市场， 在国内外产生积极影响。唐山国丰钢铁有限公司地处渤海明珠渤海湾经济圈腹地河北省唐山市丰南 区，境内京哈、京秦铁路穿境而过，毗邻天津新港、京唐港；公司成立于 1993 年，是 一家集烧结、炼铁、炼钢、轧钢为一体、具备年产铁钢材各 500 万吨的大型钢铁联合企 业，中国钢铁协会会员。公司下辖 9 个生

3、产厂和 13 个部室，现拥有总资产 113 亿元，职工 13000 人。在 国家统计局发布的 2005 年中国制造业 500 强企业中名列第 111 位，大型工业企业第 177 位。2006 年实现销售收入 141.41 亿元，完成利税 30.56 亿元，利润 22.28 亿元，同 比分别增长 16.3 、 27.65 和 28.19 。销售利润率和总资产贡献率位居行业第一。唐山国丰钢铁有限公司炼铁厂于 2007 年初兴建了两座 2000 立方米高炉 1#、 2#高炉。 1号已顺利投产 (本高炉实景见封面、附图 1、附图 2)，2 号正在兴建中。高炉是钢铁企业生产线中最重要的基础设备。国丰高炉

4、自动化控制系统的配置达 到当今国内领先水平，电气仪表 (EI) 控制一体化，具有方便、快捷和非常友好的人机操 作界面 (HMI) 。网络数据通讯一体化，具有高速、大容量和开放的技术性能。国丰公司 高炉为现代化的大型高炉，自动化控制系统采用当今流行的施耐德 Modicon Quantum 系列PLC产品，以实现高炉生产的全集成过程自动化。高炉系统工艺概述：高炉是钢铁厂利用铁矿石作原料生产铁水的主要设备。高炉也是钢铁企业生产线 中最重要的基础设备， 铁水是转炉炼钢的主要原料，因此高炉生产的优劣直接关系到钢 铁企业炼钢和钢材的生产。炼铁是在高炉内进行还原反应过程，炉料-矿石、燃料和熔剂从无料钟炉顶装

5、入炉 内，从鼓风机来的冷风经热风炉后，形成热风从高炉风口鼓入，随着焦炭燃烧，产生热 煤气流由下而上运动，而炉料则由上而下运动，互相接触，进行热交换，逐步还原，最 后到炉子下部，还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由出铁口和 出渣口放出。由于高炉在钢铁厂处于喉舌位置，需及时和稳定地供应炼钢工序合格的铁水，故 其稳定工作是很重要的。大型高炉昼夜上料装料达近万吨，如此大量的且要正确称量、配料、批重和水分补正以及要按规定顺序及时装入高炉炉顶，并实时而准确的完成对高炉炉内的精确定位布料，以保证炉况的稳定及出铁量的高效，用人工执行是困难的。所以需采用具有高反应速率控制器、大容量内存空间、高

6、可靠性的控制系统做为高炉系统 的控制核心，而施耐德QUANTUUNITY双机热备系统根据自身的显著优点完全符合大型 高炉控制系统的配置要求，为实现高炉生产的全集成过程自动化控制提供了强有力的保 证。高炉系统具体的控制内容如下：铁矿石、焦炭、石灰等原料储存、配料和皮带输送系统槽下配料、放料、主皮带料流跟踪等顺序自动控制系统高炉炉顶无料钟自动控制系统高炉炉体温度的检测和控制水冷炉壁温度检测及冷却水水温、压力的检测和控制鼓风机定风量、定风压检测和控制系统热风炉换热、燃烧自动控制，风温检测和控制煤粉喷吹自动控制系统除尘自动控制系统十字测温系统高炉本体循环水处理系统高炉鼓风机站循环水处理系统高炉基础自动

7、化控制系统结构及解决方案：国丰高炉基础自动化控制系统为一套以施耐德主流的Modicon Quantum系列产品为基础的现代化控制系统。高炉矿槽、炉顶、本体、热风炉等高炉主体控制系统的控制站采用施耐德QUANTUMUNITY双机热备系统（参见附图3）, CPU选用高性能的140CPU67160，施耐德QUANTUM UNITY双机热备系统具有带高速接口的标准热备控制器、集成的热备协处理器、根据MAC地址自动区分主机备、隐含的热备配置等特点。而高炉辅助控制系统选用以 140CPU65160为主控制器加 Quantum系列I/O及通讯模块的控制系统结构。控制系统主站与分站之间通过CRP和CRA远程I

8、/O模块用双同轴电缆连接，以提高系统的可靠性。 系统控制软件使用设计界面友好的施耐德Unity Pro XL软件。数据通讯网络主环网选用1000M高速光纤环网，分支网络选用 100M光纤星型网络，各PLC站通过以太网通讯模板和以太网电缆连接至工业以太环网上。操作员站采用工控机配中文 WINDOWS-XP操作系统，通过以太网卡经ITP电缆与工业以太环网相接。基础自动化级采用 4套CPU为140CPU67160的冗余系列PLC系统，5套CPU为 140CPU65160的PLC系统，2台工程师站，19套操作员站，2台网络打印机。国丰高炉炉顶自动控制系统需通过变频设备及位置编码器来完成对高炉炉内的精

9、确布料，根据要求则需要对位置控制具有较高的精度。在本系统中，布料溜槽以及探尺 的变频器选用施耐德 ATV71系列变频器（配置 Profibus-Dp网卡），对应的位置型编码 器选用倍加福公司 PVM58N系列高精度多圈型绝对值编码器。根据以上配置，需将网 络协议进行转换，确定以 Prosoft公司的5304MBPPDPM网关（参见附图4）为协议转 换核心，通过网关将施耐德主站PLC的MB+协议转换成Profibus-Dp通讯协议并通过Profibus-Dp现场总线将设备进行网络连接，组成快速可靠的通讯网络的方案。通讯系统 分站的配置需在 Prosoft公司提供的ProSoft Configur

10、ation Builder以及Sycon软件中进行， 添加对应的GSD文件，这里需注意状态字与控制字的接受与发送需先经过高、低八位 互换后来进行。并且设备控制需遵循目标距离与速度给定正比的原则，完成快、慢速的 动态切换来实现精确定位。高炉主体控制系统由于控制系统规模以及复杂控制功能的要求，主站需进行大量 的数据传输及程序逻辑运算，导致控制程序的冗长。施耐德Unity Pro XL具有友好的结构化文本（ST）编辑界面，根据结构化文本处理大型数组与结构化变量及复杂逻辑运算的优势， 在控制程序开发时我们秉承了结构化文本与梯形图相结合的原则，结构化文本偏重的方式，大大减少了文件大小，减小了程序扫描时间，提高控制器反应速度。结束语：通过对国外炼铁厂自动化技术的消化移植，结合国丰钢铁公司当前的具体情况及 工艺要求， 采用当代先进的技术设备而开发研制的1#，2#高炉自动控制系统， 使国丰钢铁公司炼铁厂的炼铁产量大大提高， 使高炉的自动控制和生产管理水平跃上了一个新的 台阶，满足了今后生产和新技术开发、生产管理和信息管理的需要。国丰高炉控制系统有以下主要特点：完全满足工艺要求，实现高炉生产的全自动化。电气、仪表和计算机系统采用网络连接，实现 EIC 三电一体化。关键控制设备采用冗余配置，系统配置简单可靠