现场总线系统在高炉热风炉系统中的应用

姜曙光

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）

现场总线系统在高炉热风炉系统中的应用

姜曙光

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南250101）

介绍了TURCK PROFIBUS现场总线产品的技术特性，根据其技术优势，在高炉热风炉系统现场分散配置应用，针对其运行的可靠性方面进行了详细阐述。

现场总线；热风炉；技术特性；可靠性

1 前言

福建三钢6号高炉有效容积1820 m3，年产炼钢生铁150万t。该高炉采用了当今炼铁先进成熟的技术，装备水平达到国内一流。热风炉系统由山东冶金设计院总包，采用目前最新型的改进型顶燃式结构。整个热风炉系统有44台液压阀、3台气动阀、4台电动阀及11台调节阀；160个仪表监测点，如果采用传统的PLC柜至现场设备模式，所需的控制电缆及仪表电缆量及施工工程量都非常大。为了减少工程量，增加系统可靠性及可维护性，该热风炉控制系统采用西门子S7-414H冗余CUP+PROFIBUS▌DP现场总线。

2 PROFIBUS-DP现场总线简介

Profibus是唯一集成H1(过程)和H2（工厂自动化）的现场总线解决方案，是一种国际化的、开放的现场总线标准，它也是国际标准IEC61158中8种现场总线之一。Profibus可以将数字自动化设备从低级（传感器/执行器）到中间级执行级（单元级）分散开来。根据应用特点和用户不同的需要，Profibus提供了3种兼容版本通信协议：FMS、PA和DP。

Profibus-DP用于自动化系统中单元级控制设备与分布式I/O的通讯。

Profibus-DP使用第1层、第2层和用户接口层、第3～7层未使用，这种精简的结构确保了高速数据传输。直接数据链路映像程序DDLM提供对第2层的访问。用户接口规定了设备的应用功能、Profibus-DP系统和设备的行为特性。Profibus-DP特别适合于PLC与现场分级式I/O设备之间的通讯。主站之间的通讯为令牌方式，主站与从站之间为主从方式，以及这两种方式的混合。

PROFIBUS是一种国际化.开放式.不依赖于设备生产商的现场总线标准，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。PROFIBUS-DP用于处理控制器和输入输出设备间的数据交换，是一种主/从控制系统，它包括一个（或多个）主站和多个从站，在一个网络中从站数量最多可达126个，主站循环扫描每个从站。主站与从站之间通过基于RS485标准的物理层的2芯屏蔽双绞电缆进行通讯。一个完整PROFIBUS-DP网络一般由主站和从站及网络附属件三部分组成：

主站指PLC.PC或可做一类主站的控制器。主站完成总线通信控制与将从站收集的信号进行运算。

从站用于收集现场信息和将从站发出的执行指令输出到执行机构。从站可以是：

（1）PLC（智能型I/O）：PLC可做PROFIBUS上的一个从站。PLC自身有程序存储，PLC的CPU部分执行程序并按程序驱动I/O。做为PROFIBUS主站的一个从站，在PLC存储器中有一段特定区域作为与主站通信的共享数据区。主站可通过通信间接控制从站PLC的I/O。

（2）现场I/O模块，用于连接工业控制系统中的各种现场装置。按主站指令驱动I/O，并将I/O输入及故障诊断等住处返回给主站。通常现场I/O模块由主站统一编址，这样在主站编程时使用分散式I/O与使用主站的I/O没有什么区别。

（3）驱动器.传感器.执行机构等带PROFIBUS接口的现场设备，可由主站在线完成系统配置.参数修改.数据交换等功能。

网络附件包括总线电缆、电源电缆、总线T型头、模块总线接插件终端电阻等。

本系统所用的TURCK现场总线FLDP系列产品属于第二类从站（现场I/O模块），具有以下特点：

（1）IP67的防护等级，能应用于各种恶劣的工业环境。

（2）使用快速接插件连接方式，安装更换更加快捷，同时避免了误接线的发生。

（3）自动识别和调整波特率与主站一至。

（4）具有输入/输出短路组诊断和组保护功能。能简单、快捷、准确地发现故障位置。

3 工艺流程简介

三钢1820 m3高炉热风炉工艺方案。每座高炉配备3座改进型顶燃式热风炉。热风炉烧炉采用纯高炉煤气（预留富化煤气接口），应用热管换热器的余热回收系统，将助燃空气预热到180～200℃，高炉煤气预热到180～200℃，送风温度≥1200℃。改进型顶燃式热风炉由蓄热室、燃烧室、预燃室组成。三座顶燃式热风炉一列布置，位于高炉右侧，热风炉中心距为12.5 m，余热回收系统及烟囱位于热风炉组右侧。热风炉组的平行侧为钢结构框架，钢结构框架设计五层，框架内布置煤气管道、助燃空气管道、热风管道、冷风管道、烟道、氮气管道、循环水管道及有关阀门。

热风炉各阀门按照：燃烧→焖炉→送风→焖炉→燃烧,循环的工作过程，自动或手动进行换炉切换工作。由PLC和继电器联锁完成。正常工作时为两烧一送或半交叉并联送风，两种工作制度。非正常操作为一烧一送制度。

4 控制及监控系统架构

本工程设置西门子PLC一套，放置到热风炉低配室。在高炉主控室设置两台HMI监控站，HMI监控站通过光纤通讯与热风炉系统PLC及高炉控制系统相连。控制系统如图一所示系统采用了西门子S7-414 3H型冗余CPU，5个西门子扩展机架用于安装量采集模块和少量数字量模块，每个扩展机架上安装两个冗余型IM153用于将采集到的信号分别送入两个CPU，1个扩展机架用于安装Y-LINK，Y-LINK再与现场模块相连。本系统共用TURCK现场模块达178个，由于1个Y-LINK只能接64个现场模块，所以用了三个Y-LINK。另外为编程和操作方便，配备了一个工程师站，一个操作员站。

PLC选用SIEMENS S7-400H+图尔克现场总线。CPU模块选用西门子414H-2DP的产品订货号：6ES7 414H-3HJ14-0AB0，图尔克模块采用BL67系列产品，模块备用点数需达到在用量的15%～20%。图1为低压电气室内的PLC柜配置图。

图1 PLC及现场总线配置图

通过PROFIBUS-DP现场总线与就近分布在热风炉框架及液压站、助燃风机等不同位置的电气、仪表总线箱通讯。其中1#电气总线箱设置在液压站内主要为44个液压阀门开关DO信号及液压站系统的控制DIDO信号，2#电气总线箱设置在+0.0 m的助燃风机旁，主要为1#、2#热风炉的2个烟道阀、废气阀、冷风阀、冷均阀DIDO信号及助燃风机变频器的DIDO控制信号。3#电气总线箱设置在+6.80 m平台，主要为3#热风炉的2个烟道阀、废气阀、冷风阀、冷均阀DIDO信号及助燃风机辅助设备的DIDO控制信号；4#、5#电气总线箱设置在+6.80 m平台，主要为助燃风机放散阀出口阀及预热器区域空气、煤气、烟气入口、出口及旁通阀DIDO信号;6#总线箱设置在+30.6 m平台，主要为3座热风炉的热风炉阀、空、煤气燃烧阀、煤气切断阀、煤气放散阀、氮气阀及混风阀、倒流休风阀的DIDO信号。仪表总线箱根据检测点的位置及数量分别放置在电气总线箱内和各层平台上。

电气IO点和仪表检测点就近接入附近的总线箱仪表模块，通过总线箱上BL67耦合器模块上的DP总线与PLC通讯。极大的减少了仪表电缆的敷设。现场总线箱与操作箱就近布置，便于调试和检修。

5 结语

自投产以来的生产实践证明，图尔克现场总线与主控室的CPU之间运行良好，通讯正常，保证了热风炉烧炉、送风的稳定运行，现场设备的故障点查找通过现场模块的指示灯来查找，应用方便。经过运行发现，若现场总线模块放置在操作箱内，对于检修来说更为方便，另外减少了，总线箱与现场总线的连接电缆和接线，减少了电缆和接线工程量，在以后的项目中可以应用实践。

App lication of TURCK Profibus DP in the Hot Stove of Blast Furnace

Jiang Shuguang
(ShandongMetallurgicalDesigningInstituteCo.,Ltd.,Jinan,Shandong250101,China)

The technical characteristics of TURCK PROFIBUS DP are introduced According to its technical advantages the PROFIBUS was applied in dispersed layout in the field of blast furnace system.The operation reliability of the PROFIBUS is discussed in detail.

PROFIBUS;hot stove;technical characteristic;reliability

TK229

B

1006-6764（2014）12-0076-03

2014-08-29

姜曙光（1980-），男，2009年毕业于山东大学控制工程专业，硕士，工程师，现从事自动化控制工作。