高炉自动控制系统中的PLC应用研究

白江涛

（河北普阳钢铁有限公司，河北邯郸，056305）

0 引言

高炉自动化控制在很大程度上决定着高炉工作的稳定性以及炼钢过程中供应合格铁水的能力，高效的高炉自动控制系统可发挥降低能耗、保证高炉炼铁工艺连续性、软硬件方式实现前后工序相互连锁等功能，为后续炼钢供应优质原料。在生产过程中，高炉具有密闭性，复杂的工艺流程要求工作人员借助检测仪表进行内部情况的判断。基于原料的高需求量、高运输量、严格根据配比及指定顺序装料等要求，高炉自动化控制系统要想达到良好的技术指标就必须自带自动装料配料系统与水分补正系统。通过自动监控设备的运行状态，高炉自动控制系统还可在发现故障先兆时及时采取措施，排除与降低高炉休风率。

1 需求分析

高炉自动控制系统的设计需对以下需求予以满足：（1）采集与控制高炉本体的温度、压力以及流量等数据；（2）按照正确比例配备矿焦，遵循指定步骤将其放入高炉内，控制炉料均匀下降；（3）对热风炉的燃烧状态与送风顺序进行控制，保证高炉冶炼状态的整体优质性；（4）完成对布袋的除尘与反吹控制。

图1 高炉自动控制系统功能模块图

2 系统硬件配置

结合高炉监测点与控制设备要求，系统对SIEMENS SIMAT ICS7-400PLC加以应用，设计过程中兼顾系统的最优性价比，借助PROFIBUS-DP实现主站S7-400与从站ET-200M的连接。

2.1 电源

选用PS407 1OA作为电源模板，向SIMATIC S7-400供电，对AC或DC网络电压进行转换，得到所需的5VDC或24VDC工作电压，输出电流10A。在安装时，应将其放置在机架最左端（起始于槽位1），按照具体配置，可对槽1至槽3进行占用。在电源模板的前面板部位，需安装发光二极管，完成对内部故障的指示工作。

2.2 中央处理器

选用CPU414-2DP作为中央处理器模板，该模板在中等性能应用范围中要求相对严格的场合有较高的实用性，可对程序规模、指令处理速度、复杂通讯等更加高规格的要求予以满足。通过PROFIBUS-DP接口的集成，模板可作为主线实现与PROFIBUS-DP现场总线的直接连接；程序与数据的存储用256KB RAM来实现，存贮能力得到了扩展；对多达131072个数字量或81932个模拟量I/O的连接是模板灵活扩展性的体现；利用多接口（MPI），可最多构建32个站的简单网络，最大数据传输速率为12Mbit/s；此外，模块中设有模式选择开关，设计为钥匙操作开关，开关取下时，会对用户的数据访问权限进行限制，除了保护钥匙操作开关以外，通过在用户程序中下达保护口令，还可制止非法访问行为的发生；诊断缓存区亦是中央处理器模块的组成部分，通过将120个故障与中断时间保存于FIFO缓存器中，为诊断工作提供数据信息。

2.3 ET200M远程控制站

ET200M分布式I/O用于现场信号的采集，可实现中央处理器指令向执行机构的传输。ET200M使用西门子PS307电源与IM153-1接口，该模板在冗余PROFIBUS-DP系统中有良好适用性，可将ET200M以从站的形式连接至PROFIBUS-DP。

3 系统软件配置

上位机对研华IPC-810型工控机予以采用，运行WINDOWS操作系统，组态软件WINCC，可对WINDOWS程序中的现代体系结构与便于使用的图形设计进行结合，向用户提供一种可视化的人机界面。作为一种面向对象的32位工业监控组态软件，WinCC可在Windows环境下向用户提供人机交互与监控管理服务，在全部自动化控制系统中均可应用。该组态软件对图形技术、人机界面技术、数据库技术、控制技术、网络技术与通信技术等多技术予以集成，可在控制系统开发人员的软件设计环节提供便利，使他们只简单地通过可视化组态方式完成设计工作，这实现了监控画面开发难度的大幅度降低。基于工具箱、图形库与操作向导均十分丰富的优势，组态软件可有效避免开发人员在软件设计过程中进行重复性的工作，保证开发的高效率，缩短开发周期。当前，WinCC已成为自动控制系统中应用的主要开发工具之一。WinCC内含多种PLC驱动软件，可为PLC同上位机的通信提供极大便利，结合WinCC与STEP7，配置于STEP7中的量表可在WinCC的过程编程中直接应用，大幅缩短工程组态时间。

4 系统通讯网络设计

系统通讯网络分为两层：（1）上位机、S7-400PLC与PLC之间建立以太网连接，以此交换信息。利用工业以太网将设定的工艺参数与电气设备的动作从人机接口传送至PLC端，工艺、电气参数与设备状态则由PLC传送至人机接口，通过CRT显示出来。此外，PLC之间控制数据的传送也由以太网实现。（2）利用PROFIBUS-DP进行S7-400PLC与分布式I/O站（从站）之间主从式通信网络的构建，在与PROFIBUS-DP建立连接之时，所用通讯接口模块为IM153-1。图2所示为高炉自动控制系统的通讯网络。

5 结束语

将PLC应用于高炉自动监控系统中，可有效监督与控制生产的全过程，这既能提高高炉的工作效率，又可做好监控工作，向高炉的产品质量与生产效率提供保证，充分做到快捷与稳定的高炉生产，提高高炉生产工艺水平，加快我国工业向可持续发展方向前进的步伐。

图2 高炉自动控制系统的通讯网络

自投入运行，系统得到了良好的应用，监控工作及时且准确。在使用过程中，系统可与高炉生产工艺连续不间断的特征相结合，为生产控制与过程监控创造便利，在提高高炉生产率与产品质量的同时对快捷性、稳定性与准确性的生产要求予以满足。基于其能够保证高炉实现高效生产的优势，系统可得到进一步的应用。

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