现场总线控制系统在高炉喷煤制粉中的应用

何先木重庆钢铁股份有限公司

现场总线控制系统在高炉喷煤制粉中的应用

何先木
重庆钢铁股份有限公司

本文介绍现场总线控制系统在高炉喷煤制粉中的应用，以现场总线为纽带将现场具有计算和通信测控仪表设备作为节点形成互相通信的网络，根据需要实现真正的底层分散控制网络，提高系统的可靠性与稳定性。

现场总线；智能测量仪表设备

1.概述

智能仪表技术是导致控制系统体系结构发生根本性变化的关键因素，它使得工业过程的各种控制功能进一步分散到现场，现场总线控制系统就是基于智能测控仪表与公开的通讯协议建立起来的，将具有数字计算与数字通信的测量控制仪表作为节点,以现场总线为纽带使各现场智能仪表之间以及与计算机之间连接构成数据双向传输多分枝结构的通讯网络。

2.系统结构组成

现场总线简称FCS的体系结构如下图所示，由三层网络组成。最下一层为低速现场总线H1连成的控制网络，中间一层为高速现场总线H2连成的系统网络，最上一层为普通商用管理网络。最底层的现场总线H1连接着各类现场智能仪表，包括压力变送器、温度变送器、流量测量仪表及调节阀等。低速现场总线H1通过耦合器连到高速现场总线H2上，作为H2总线的一个节点，每个H2总线上可以连接多个H2/H1耦合器。对FCS进行管理和运行控制的工程师站、操作员站作为H2总线的节点，也连接到系统的H2总线上。在下图所示的FCS中，主站和备用主站中的PLC等设备通过接口单元作为高速现场总线的节点挂接到H2总线上。此外，FCS还通过网关接到上层管理网上。如果希望连接更多的智能仪表或连接距离更远的现场仪表，可在总线上加中继器实现这一要求。

H1总线通过耦合器把现场智能仪表的数据上传到H2总线上，由H2总线上的操作员站对现场数据进行读取和保存。FCS的组态工作在工程师站上完成，工程师站运行在Windwos NT环境下，通过工程师站可以在线对FCS的各项配置进行组态和修改，通过在线下装可以把修改后的数据库传到各现场智能仪表。

FCS中各现场仪表由控制系统中的上位机来管理。FCS的上位机运行于Windows NT环境下，系统管理软件集离线组态和在线监控等功能为一体，为一套实时多任务应用软件。管理软件中的任务分成不同的层次，各项任务被赋予不同的优先级，使重要的任务能够得到及时响应。上位机完成系统组态、数据库组态、历史库组态、图形组态、控制算法组态、数据报表组态、实时数据显示、历史数据显示、图形显示、参数列表、数据打印输出、数据输入及参数修改、控制运算调节、报警处理、故障处理、通讯接口、人机接口等功能。

3.系统设计

智能控制仪表通过双绞线，同轴电缆，光缆，电力线等作为总线相互连接成能够通信的网络，在本设计中如下图所示，最底层由分布在现场检测各个被控量的控制仪表和阀门控制器组成，相互通信的实现使它们可以在底层现场组建起基础自动控制网络，可不必通过上级PLC控制器完成现场设备的自动控制。中间层由PLC等控制器构成，可以根据系统需要对底层仪表参数和工艺要求的逻辑进行修改。上层为厂间计算机，实现对各设备的管理与监控。

喷煤制粉控制系统图

制粉控制：制粉环节通过现场测控设备和各数字化智能仪表之间的通信，构成闭环反馈控制系统，提高精度减小误差，实现全面自动调节，手动自动转换及自动检测，并可以长期安全、可靠、稳定的运行。自动系统包括以下内容：

（1）热风炉：通过温度压力等传感设备与变频器的配合使用，实现热风炉送风、热风和燃烧的自动控制，使其达到最佳经济燃烧。

（2）制粉输煤：实现输煤皮带系统的自动控制，通过压力传感器采集信号给智能仪表进行积分计算，实现给煤量的精确采集、监控与控制。

（3）制粉：实现磨煤机，排风机的电气连锁与仪表监控。

（4）磨煤机：实现磨煤机的出口温度和负荷的自动控制。

（5）布袋除尘系统：实现布袋温度，压力，压差的监测与控制，反吹风机，除尘电磁阀的自动与手动控制和监测。

4.结语

与其他控制系统相比现场总线控制系统通信网络中，各节点设备间均用数字信号完全取代4~20mA的模拟信号，很大程度上减少了信号的干扰，提高了信号的测量、控制、传输精度和丰富了传输内容。现场总线接线十分便捷，一条控制线上可挂接多个设备，因而节约了大量线缆，减少了发生故障的几率；由于分散在现场的智能设备可以执行多种控制、传感、报警和计算、通信等功能，从而节省了大量信号转换和计算的设备，一定程度上降低了企业成本。在现场总线的环境下，借助智能仪表的计算和通信能力，可进行许多复杂的计算，正真形成分散在现场的完整的控制系统，提高了系统运行的可靠性。作为新一代控制系统，其具有结构简单，稳定可靠等优点，在生产实际中得到了广泛应用。

[1]郭琼.现场总线技术及其应用.机械工业出版社，2011年3月，第1版

[2]陈在平.现场总线及工业控制网络技术.电子工业出版社，2008年5月，第1版

[3]王振力，刘博.工业控制网络.人民邮电出版社出版社，2011年，第1版