1 前言
       上鋼一廠新建2500m3高爐已于1999年10月8日順利點(diǎn)火投產(chǎn)，該高爐在自動(dòng)化控制系統(tǒng)方面充分吸收了國內(nèi)、國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，無論在控制系統(tǒng)的構(gòu)成上，在控制功能上，還是在系統(tǒng)操作水平上，都處于當(dāng)今世界先進(jìn)水平。

2 工藝概況
        高爐年產(chǎn)生鐵175萬噸。有燒結(jié)礦槽5個(gè)，塊礦槽5個(gè)，雜礦槽4個(gè)，小粒度礦槽及小塊焦槽各1個(gè)，焦槽5個(gè)，采用小粒度礦回收技術(shù)。礦石和焦炭經(jīng)中間料斗，經(jīng)上料皮帶機(jī)至爐頂。爐頂為串罐式無料鐘爐頂，采用高壓操作技術(shù)，爐頂壓力通過減壓閥組進(jìn)行調(diào)節(jié)。煤氣清洗采用一級(jí)重力除塵（DC）和兩級(jí)文氏管（VS）濕式除塵。高爐有30個(gè)風(fēng)口，富氧、加濕送風(fēng)，并采用了噴煤（PCI）技術(shù)。分南、北雙出鐵場，有3個(gè)出鐵口，用260噸魚雷式混鐵車運(yùn)輸鐵水。用英巴法處理水渣，南、北出鐵場各設(shè)置一套水渣處理系統(tǒng)。有四座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，采用燃燒余熱回收技術(shù)，燃燒高爐煤氣；送風(fēng)方式有單爐送風(fēng)、冷并聯(lián)送風(fēng)、熱并聯(lián)送風(fēng)三種。
3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)成
高爐采用美國西屋公司的WDPF II Plus分布式控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行自動(dòng)化控制。該控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
(1) 通用性強(qiáng)，開放性好，能兼容不同制造商的自動(dòng)化設(shè)備（如AB公司PLC，遵從FF協(xié)議的智能儀表等）；并能通過TCP/IP協(xié)議與管理計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
(2) 控制系統(tǒng)所特有的分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，減少了集中式數(shù)據(jù)庫所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，使用戶能很容易地訪問數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中的每一點(diǎn)包含了該點(diǎn)的全部信息，只要該點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫中定義，整個(gè)系統(tǒng)均可訪問它。
(3) 與采用PLC+DCS結(jié)構(gòu)形式的控制系統(tǒng)相比較，控制系統(tǒng)的分布式結(jié)構(gòu)克服了電氣和儀表專業(yè)分工明顯，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)接口通信速度慢的缺點(diǎn)，使用戶能更有效地利用系統(tǒng)資源，提高了系統(tǒng)的易維護(hù)性和控制的實(shí)時(shí)性，有利于實(shí)現(xiàn)三電一體化的目標(biāo)。
納入控制系統(tǒng)控制的工藝范圍包括：高爐礦石及焦炭儲(chǔ)備及輸送系統(tǒng)，上料系統(tǒng)，無料鐘爐頂系統(tǒng)，高爐本體系統(tǒng)，出鐵場系統(tǒng)，煤氣清洗系統(tǒng)，熱風(fēng)爐系統(tǒng)，水渣系統(tǒng)，煤粉制備及噴吹系統(tǒng)，并預(yù)留了爐頂余壓發(fā)電（TRT）系統(tǒng)的控制設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)在系統(tǒng)功能上由兩級(jí)組成。
第一級(jí)為基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)，主要完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集和初步處理、數(shù)據(jù)顯示和記錄，生產(chǎn)操作，執(zhí)行對(duì)生產(chǎn)過程的連續(xù)調(diào)節(jié)控制和邏輯順序控制。共配置了15臺(tái)控制站（DPU），9臺(tái)以SUN工作站為硬件平臺(tái)的操作員站（其中2臺(tái)兼作工程師站，用于系統(tǒng)組態(tài)及軟件維護(hù)，1臺(tái)帶有37(大屏幕顯示器)，配置了5臺(tái)打印機(jī)和1臺(tái)硬拷貝機(jī)（分別用于報(bào)警信息打印和畫面硬拷貝打?。?，以及高速數(shù)據(jù)通信總線（Wesnet Plus）等。每個(gè)DPU控制站硬件按冗余方式配置，包括冗余的Intel CPU、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通信控制器、電源，以及非冗余的I/O模件（可帶電插拔），輸入接線端子（Half-Shell），輸出繼電器等；軟件包括 DPU系統(tǒng)固化支持程序，分布式數(shù)據(jù)庫程序等。每個(gè)操作員站硬件包括冗余的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通信控制器，以及非冗余的RISC CPU、20(CRT顯示器（帶觸摸屏功能）、電源、硬盤、鼠標(biāo)、工程師鍵盤、操作員鍵盤等；軟件包括工程師/操作員系統(tǒng)支持程序， Unix操作系統(tǒng)。操作站之間可互為備用。高速數(shù)據(jù)通信總線（Wesnet Plus）通信方式為按時(shí)間分片進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播的方式，通信介質(zhì)室內(nèi)部分采用同軸電纜，室外部分采用光纖。采用以太網(wǎng)進(jìn)行文件傳輸，并與其它系統(tǒng)之間通信留有接口。
第二級(jí)為過程控制級(jí)，主要完成生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)設(shè)定、操作指導(dǎo)、作業(yè)管理、控制計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)。過程控制級(jí)共配置了4臺(tái)SUN工作站，用于高爐生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)設(shè)定、操作指導(dǎo)、作業(yè)管理、控制計(jì)算、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)；配置了2臺(tái)打印機(jī)和1臺(tái)硬拷貝機(jī)（分別用于報(bào)表信息打印和畫面硬拷貝打印）；配置了2臺(tái)PC終端機(jī)，通過調(diào)制－解調(diào)（Modem）方式，實(shí)現(xiàn)與高爐原燃料供應(yīng)系統(tǒng)（原料場）的數(shù)據(jù)通信。
控制系統(tǒng)中各單元通過高速數(shù)據(jù)總線Wesnet Plus和以太網(wǎng)進(jìn)行通信。采用不間斷電源裝置（UPS）供電，停電保持時(shí)間不小于30分鐘?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)置場所圖略可向作者索取。
控制系統(tǒng)設(shè)備按不同的控制對(duì)象，設(shè)置在相應(yīng)的電氣室或控制室中，個(gè)別遠(yuǎn)程I/O設(shè)置在現(xiàn)場。


4 主要控制功能
在分配15臺(tái)分布式控制站（DPU）的控制功能時(shí)，我們打破了傳統(tǒng)按電氣－儀表專業(yè)分工的界限，按照高爐各個(gè)工藝組成單元進(jìn)行分配。各個(gè)DPU主要控制功能如下：
DPU1：進(jìn)行礦石儲(chǔ)備及輸送系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、稱重?cái)?shù)據(jù)采集和初步處理；礦石給料機(jī)、振動(dòng)篩、稱量料斗閘門、礦石輸送皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)換溜槽等設(shè)備的順序運(yùn)轉(zhuǎn)控制；礦石稱量方式控制；稱量料斗排料順序控制；礦石輸送皮帶機(jī)上原料模擬跟蹤控制；稱量料批管理；設(shè)備故障報(bào)警處理等。
DPU2：進(jìn)行焦炭儲(chǔ)備及輸送系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、稱重和水分?jǐn)?shù)據(jù)采集和初步處理；焦炭振動(dòng)篩、焦炭輸送皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)換溜槽等設(shè)備的順序運(yùn)轉(zhuǎn)控制；礦石稱量誤差補(bǔ)正控制；焦炭稱量誤差補(bǔ)正控制；焦炭水分補(bǔ)正控制；稱量料批管理；設(shè)備故障報(bào)警處理等。
DPU3：進(jìn)行上料系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和初步處理；礦石中間料斗閘門、焦炭稱量料斗閘門、上料皮帶機(jī)、上料皮帶機(jī)清洗閥等設(shè)備的順序運(yùn)轉(zhuǎn)控制；爐頂裝料方式控制；裝料方式預(yù)約變更控制；裝料數(shù)據(jù)跟蹤控制；上料皮帶機(jī)上原料模擬跟蹤控制；裝料料批管理；設(shè)備故障報(bào)警處理等。
DPU4：進(jìn)行高爐本體系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)采集和初步處理。
DPU5：進(jìn)行爐頂系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、稱重?cái)?shù)據(jù)采集和初步處理；爐頂旋轉(zhuǎn)料罐、上部料閘、上密封閥、均壓閥、排壓閥、下密封閥、料流調(diào)節(jié)閥、密封閥蒸汽加熱閥、布料溜槽、探尺等設(shè)備的順序運(yùn)轉(zhuǎn)控制；爐頂時(shí)序控制；爐頂均排壓控制；爐頂稱量壓力補(bǔ)正控制；布料方式控制；布料定位控制；特殊布料控制；料流調(diào)節(jié)閥自學(xué)習(xí)控制；布料溜槽傾動(dòng)角度補(bǔ)償控制；設(shè)備故障報(bào)警處理等。
DPU6~7：進(jìn)行高爐本體系統(tǒng)現(xiàn)場壓力、流量數(shù)據(jù)采集和初步處理；爐頂灑水控制；爐頂煤氣成分分析；爐喉十字測溫；爐身煤氣成分分析；風(fēng)口及爐身冷卻板檢漏；爐身差壓監(jiān)視及透氣性指數(shù)計(jì)算；故障報(bào)警處理等。
DPU8：進(jìn)行高爐爐頂及煤氣清洗系統(tǒng)溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)采集和初步處理；風(fēng)口及爐身冷卻板檢漏；爐頂壓力控制；文氏管洗滌器水位控制；文氏管洗滌器煤氣差壓控制；文氏管洗滌器喉口差壓控制；故障報(bào)警處理等。
DPU9：進(jìn)行用于熱風(fēng)爐系統(tǒng)換爐控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和初步處理；排壓閥、充壓閥、煙道閥、冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥、高爐
煤氣燃燒閥、高爐煤氣切斷閥、高爐煤氣吹掃閥、助燃空氣燃燒閥、燃燒煤氣放散閥、排壓主閥、煙氣旁通閥、煙氣切斷閥、預(yù)熱空氣切斷閥、助燃空氣旁通閥、預(yù)熱煤氣切斷閥、高爐煤氣旁通閥、熱風(fēng)放散閥、助燃風(fēng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)控制；送風(fēng)方式控制；換爐控制；設(shè)備故障報(bào)警處理等。
DPU10：進(jìn)行熱風(fēng)爐系統(tǒng)燃燒控制溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)采集和初步處理；燃燒控制；送風(fēng)溫度控制；故障報(bào)警處理等。
DPU11：為TRT預(yù)留。
DPU12：進(jìn)行兩個(gè)系列噴吹煤粉的制備系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和初步處理；磨煤機(jī)、給煤機(jī)、密封風(fēng)機(jī)、助燃風(fēng)機(jī)、煤粉風(fēng)機(jī)、煙道閥、干燥爐放散閥、煤粉輸送機(jī)等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)控制；設(shè)備故障報(bào)警處理等。
DPU13：進(jìn)行兩個(gè)系列噴吹煤粉溫度、壓力、流量、稱重?cái)?shù)據(jù)采集和初步處理；總管及噴吹量控制；支管及噴吹量控制；總噴煤速率控制；故障報(bào)警處理等。
DPU14：進(jìn)行北水渣及北出鐵場系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、溫度、液位、流量、稱重?cái)?shù)據(jù)采集和初步處理；轉(zhuǎn)鼓過濾器、爐渣輸送皮帶機(jī)、?；谩⒘；h(huán)泵、底流泵、加壓泵、擺動(dòng)溜槽、沖制閥、集水槽回水閥、成品槽水清洗閥、氣控管路閥、事故閥等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)控制；出渣方式控制；轉(zhuǎn)鼓調(diào)速控制；水渣設(shè)施運(yùn)行程序控制；設(shè)備故障報(bào)警處理等。
DPU15：進(jìn)行南水渣及南出鐵場系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、溫度、液位、流量、稱重?cái)?shù)據(jù)采集和初步處理；轉(zhuǎn)鼓過濾器、爐渣輸送皮帶機(jī)、?；?、?；h(huán)泵、底流泵、加壓泵、擺動(dòng)溜槽、沖制閥、集水槽回水閥、成品槽水清洗閥、氣控管路閥、事故閥等設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)控制；出渣方式控制；轉(zhuǎn)鼓調(diào)速控制；水渣設(shè)施運(yùn)行程序控制；設(shè)備故障報(bào)警處理等。


5 軟件編制
軟件編制在工程師站上進(jìn)行。編制完成的程序通過工程師站分別下裝到控制站和操作站中。由于數(shù)據(jù)庫是控制系統(tǒng)的核心，軟件編制開始前必須先完成數(shù)據(jù)庫的定義。只有在數(shù)據(jù)庫中有定義的點(diǎn)，才能在軟件編制過程中被引用。
運(yùn)用梯形圖、回路圖和控制算法進(jìn)行組合的方式編制控制站程序。每一幅梯形圖、回路圖以及每一個(gè)控制算法中的控制點(diǎn)都可以通過自己在系統(tǒng)中的唯一點(diǎn)名，與其它控制調(diào)節(jié)回路、控制算法、以及操作站畫面進(jìn)行鏈接。
控制系統(tǒng)運(yùn)用基于Auto CAD的圖形編輯器（Graphics Builder）進(jìn)行畫面程序的編制。在開放式Auto CAD環(huán)境下，以對(duì)話窗口的方式，利用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的或用戶自定義的圖形庫、顏色庫、線型庫、填充型式來生成圖形畫面。生成的畫面圖形文件以Auto CAD的文件格式儲(chǔ)存在硬盤上，需編譯成系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)格式后，才能下裝到操作站中。


6 控制方式
控制系統(tǒng)主要控制方式有“自動(dòng)”，“手動(dòng)”，“非常手動(dòng)”，“現(xiàn)場”四種。
在“自動(dòng)”控制方式下，控制系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的生產(chǎn)方案，自動(dòng)完成所有控制及監(jiān)視功能。
在“手動(dòng)”控制方式下，控制系統(tǒng)按照操作員在CRT操作站上發(fā)出的操作指令，逐步完成所有控制及監(jiān)視功能。
“非常手動(dòng)”用于高爐休風(fēng)操作，控制系統(tǒng)不參與控制與操作，操作員在緊急操作臺(tái)上發(fā)出操作指令，通過繼電器回路完成休風(fēng)操作過程。
在“現(xiàn)場”控制方式下，控制系統(tǒng)不參與控制與操作，操作員在現(xiàn)場操作箱上發(fā)出操作指令，通過繼電器回路完成控制及監(jiān)視功能。“現(xiàn)場”控制方式主要用于設(shè)備檢修與調(diào)試。


7 操作方法及畫面類型
操作人員在控制室通過操作站對(duì)各工藝系統(tǒng)進(jìn)行集中操作和監(jiān)視。操作人員用鍵盤移動(dòng)光標(biāo)或通過鼠標(biāo)，點(diǎn)擊畫面上各工藝系統(tǒng)或設(shè)備操作＂激活＂區(qū)，彈出操作子畫面窗口，按操作提示進(jìn)行生產(chǎn)操作。一臺(tái)操作站上可以同時(shí)監(jiān)控4幅不同的畫面，畫面之間可通過菜單畫面或直接鏈接實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換。
除上述在操作員站上進(jìn)行的全CRT操作方法以外，在高爐中控室設(shè)有爐頂及熱風(fēng)爐緊急操作臺(tái)，以備高爐停電、控制系統(tǒng)故障、緊急休風(fēng)時(shí)的應(yīng)急處理。緊急操作臺(tái)為安裝有操作按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)及信號(hào)燈的常規(guī)操作臺(tái)。進(jìn)行緊急操作時(shí)，在操作員站上進(jìn)行的操作無效。
主要畫面類型有：
(1)菜單畫面;(2)系統(tǒng)總體監(jiān)視畫面;(3)系統(tǒng)局部監(jiān)視畫面（含操作子畫面）;(4)系統(tǒng)選擇畫面;(5)設(shè)定畫面;(6)控制回路顯示畫面（含設(shè)定值﹑過程變量﹑輸出值的棒圖及數(shù)值顯示）;(7)動(dòng)態(tài)趨勢顯示畫面（含實(shí)時(shí)的和歷史的）;(8)報(bào)警畫面;(9)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)畫面;(10)操作指導(dǎo)畫面


8 系統(tǒng)抗干擾措施
高爐各個(gè)工藝單元分布較廣，現(xiàn)場干擾源較多。為保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免因外界干擾引發(fā)設(shè)備的誤動(dòng)作及系統(tǒng)站點(diǎn)通信中斷的＂掉站＂現(xiàn)象，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中非常注意外界干擾可能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行帶來的影響。具體措施有：
（1）控制系統(tǒng)采用隔離變壓器供電，減少電氣噪聲。
（2）設(shè)置單獨(dú)的接地系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)機(jī)柜與安裝構(gòu)件絕緣，做到系統(tǒng)接地與工廠常規(guī)接地嚴(yán)格分開。
（3）所有來自現(xiàn)場的信號(hào)均通過信號(hào)隔離器和中間繼電器隔離。
（4）室外敷設(shè)的通信總線采用光纖。I/O接線采用屏蔽電纜。
由于采用了上述抗干擾措施，使系統(tǒng)從調(diào)試到投產(chǎn)整個(gè)過程，一直運(yùn)行平穩(wěn)，極少損壞模板，也沒出現(xiàn)＂掉站＂等不正常現(xiàn)象。


9 結(jié)束語
高爐投產(chǎn)至今，控制系統(tǒng)一直正常穩(wěn)定運(yùn)行，高爐各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。