MasterLogic-100R在高炉自动控制中的应用

(1.包头钢铁职业技术学院；2.包钢稀奥科镍氢动电池有限公司；3.包钢(集团)公司炼铁厂，内蒙古  包头 014010)
摘 要：文章阐述了PLC系统MasterLogic-100R在6#高炉计算机控制中的应用，该系统基本完成了炉顶，槽下及热风炉较为复杂的控制要求。在介绍该系统软硬件、网络特点及数据处理能力等的同时，着重论述了遇到的问题和解决方法。
关键词：PLC控制；网络通信；数据处理
中图分类号：TP273  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)06—0303—03

包钢炼铁厂6#高炉是一座现代化大型高炉，容积2 500m³•日产生铁5 500t～6 250t，年平均利用系数为2.25t/m³•日。高炉主体分三大系统，上料、热风炉和本体。上料系统包括炉顶和槽下两部分，炉顶装料设备采用并罐无料钟炉顶，主皮带不间断上料。槽下配料矿石和焦炭采用分散称量，分别放入主皮带上。槽下配料具备正常供料，提前备料，灵活选料等各种功能。炉顶则有严密的装料和布料工作制度。装料由料线控制，炉顶设备连锁繁多，连锁动作按时序进行。上料系统相当重要，稍有差错，高炉无法正常吃料，直接影响生产；热风炉也起着很重要的作用，四座外燃式热风炉交替不间断向高炉提供热风。值得一提的是包钢炼铁厂热风炉在计算机自动控制方面相当完善，顺控和仪控部分互相参与控制，存在上百个数据的交换，实现热风炉各炉间的总体调度，完成热风炉的全自动，半自动，单炉自动的自动换炉、烧炉、送风、焖炉等过程。高炉本体则要求实时监测上千个温度，压力，流量的实时数据。也有关乎高炉存亡的冷风大闸等重要设备的控制。

6#高炉其过程检测和控制采用了美国霍尼韦尔公司（HoneyWell）的PKS系统，实现对高炉本体、热风炉、上料、余压发电、干法除尘等系统的电气控制和仪表控制。为了增强系统的可靠性、网络通信、基础控制和设备主机在配置上全部采用了冗余形式，采用一对冗余的服务器通过其内部实时数据库来完成数据的存储和交换。系统整体网络构架为容错以太网（FTE）〔1〕，这种网络结构为霍尼韦尔过程知识系统（PKS）的控制网络，不仅提供容错能力，更能提供快速响应、决策和安全性，是霍尼韦尔的专利技术。其实质就是在A网和B网的交换机之间加级连线，可以实现A对A，A对B，B对A，B对B的相互访问和接收。

6#高炉计算机系统中上料系统和热风炉的顺控部分采用PLC控制，使用韩国LG公司的MasterLogic-100R系统。该PLC支持MODBUS协议，与系统的通讯需要在服务器中建立SCADA点。上位机为美国HoneyWell PKS系统，整体网络结构为容错以太网（FTE）〔1〕，数据库中数据的存储和交换由服务器来完成。由于首次将LG公司的PLC与HoneyWell公司的PKS系统集成使用，所以PLC与服务器之间能否实时快速通讯；特别槽下作为远程I/O（槽下是通过远程I/O通讯接入炉顶PLC的主CPU中，除硬点多外，与主机交换数据量极大），通讯是否顺畅并能迅速响应；热风炉的顺控部分（MasterLogic-100R）可否作为其仪控部分（PKS）的第三方控制器进行通讯等，成为能否满足生产控制要求的关键。
1 6#高炉主要部分计算机系统配置及说明

为了使网络系统运行在安全稳定的环境中，设计中我们采用环形和放射性组网结合的原则，对高炉生产影响指数高、上下数据传输量大、工艺环节联系紧密的子站，采用冗余的环形组网。对辅助系统，下行数据量小的系统，采用放射性组网方式。同时，为了最大限度地使系统“透明化”，一些具备网络功能的智能仪表、控制器和其他PLC，也通过相应通讯模板上挂以太网。信息的集散统一在炉顶PLC安装的Prosoft公司的1756-MNET、1756－DNB模块收发，打包信息经编译处理后，再打包传送给Modicon等处理器，作为最新的实时的控制条件输入。6#高炉系统网络如图1所示：

6#高炉主体实际配置为：上料系统三个操作站，一套PLC（A，B）冗余，两块远程I/O。热风炉有两个操作站，一套PLC（A，B）冗余，一套DCS，一块远程I/O。高炉本体为一套DCS。该配置通讯较为复杂，主要体现在PLC和DCS之间及PLC和上位机之间的通讯。其中远程I/O均以光缆扩展，远程操作站也以光缆扩展。下面给出PLC主机架的构成，表明该PLC系统基本的通讯功能较全面而强大。PLC主机架结构如图1所示。



其中除电源和CPU外，FDIA为本地通讯模块，FURA为远程通讯模块，CUEA为串口（带有422和485两个口）卡，EUTB为以太网卡，DIF为冗余切换模块。
2 MasterLogic-100R基本特点和网络形式

MasterLogic-100R有较强的编程能力，而且双CPU运行时，对主的一侧CPU（MASTER）进行在线修改或强制时，从的一侧CPU（SECONDARY）也能实时同步，冗余性能好。

Snet(串行通讯)是MasterLogic-100R最基本的网络结构，还有支持TCP/IP协议的以太网通讯模式Enet，编程时可任意选择。6#高炉用的是标准的以太网通讯模式FEnet和带远程I/O的网络FDnet结构。另外PLC侧通过CUEA卡的Cnet网与服务器侧通过TerminalServer的FEnet网对接。
2.1 PLC与上位机的通讯

LG公司正在研发和测试PLC通过以太网卡直接与PKS接轨的产品，即PKS I/O Driver。而现在我们只能通过串口(CUEA卡)接终端服务器，将MODBUS协议转换为TCP/IP协议，以点对点(SCADA)形式通讯。如图3所示。如果SCADA点量很大，需要加长部分SCADA点的扫描时间以满足正常通讯。6#高炉上料系统建有将近4000个SCADA点，热风炉为950个。另外，由于HoneyWell公司不推介该PLC作为PKS系统的第三方控制器，热风炉仪控设备和顺控设备之间的通讯只能通过硬线连接来实现。

通常PLC在双机运行（A侧CPU和B侧CPU一主一从，一用一备）时，这种网络冗余通讯方式可以满足任何一侧CPU故障时，另一侧CPU继续与上位机通讯；但是当主的一侧CPU通过串口卡与终端服务器相连接出来的双绞线中断时，通讯无法切到备用一侧，因为主CPU是正常运行的，所以没有实现电缆冗余。

上位机能够实时、准确监控PKS系统信号；而对PLC系统的信号监控时，显得不够迅速。


2.2 CPU与远程I/O之间的通讯

由于槽下控制室和主控室距离在500m左右，而且数据交换量大。所以对扩展光纤的光电转换器驱动能力要求较高。为增强远程通讯的可靠性，在网络冗余的基础上改为电缆冗余，将A，B两侧的远程通讯模块用双绞线串起来。这样，即使有一侧远程光缆故障，仍可通过另一侧光缆、通讯(如图3所示)：



从工艺上对有些控制，特别是远程I/O控制要求PLC具有较高的精度和快速性，该PLC系统反应速度则明显不足。
3 MasterLogic-100R数据处理能力

该系统能处理本地BASE I/O7680点,远程REMOTE I/O32000点。CPU分两种类型：A型内存512KB(CPUA)，B型内存2MB(CPUB)。后者较前者处理能力强。所以上料系统采用CPUB，而热风炉采用CPUA。由于两个系统都带有远程控制，所以热风炉CPUA的程序扫描时间为45ms左右，上料系统CPUB的程序扫描时间为76ms左右。
3.1 数据处理及通讯能力缺陷

PLC系统与上位机之间复杂的通讯过程，再加上槽下配料系统相对炉顶上料的PLC而言为远程控制。以上两点对PLC系统的通讯能力和数据处理能力提出了较高的要求。MasterLogic-100R将一个远程I/O信号先经CPU处理，再经过终端服务器传给PKS系统服务器，无论从服务器上监视PLC信号，还是PLC系统本身的控制，显得速度较慢，一些指标甚至不能满足正常生产需要，这在测试中已被证实。

为此，通过延长次要数据的采样周期，优化程序结构有效地降低了系统负荷。作为韩国PLC系统，MasterLogic-100R软硬件具有明显的特色，特别对上料系统大量料单的处理，涉及间址、跳转等，软件易于处理等优势，很多实例证实了这些优势。
3.2 模拟量及特殊模块的处理

模拟量输入及RTD组态时需要初始化, PLC接收AI及RTD模件检测到的信号是0-16000的数码，可以对应现场信号的量程转化为实际值。模拟量输出模件(比如DA3I)不需要初始化，而对于象高速记数模块等特殊模件需组态读块，写块和执行块。
3.3 SCADA点需要指定地址

另外由于该系统支持MODBUS协议,在与上位机通讯时需将硬点以模板为单位传送到Memory区以指定地址。32点的DI模件可以以MD(双字)形式传送，而DO模件为16点,只能以DW形式传送。所以对MD地址需除以2转换为MW来识别，以避免开关量的地址重复。
4 系统应用效果

该系统自投运以来，运行良好，极大地方便了操作人员对整个系统的监控、工程维护，大大减少了故障停机时间，显著提高了生产率。强大实时、历史数据库，记录了高炉生产的过程控制特性，给高炉稳定生产提供了有力的支持。同时专家系统能够提前2h左右预报炉温及实时报告高炉运行的各种异常征兆，同时提示处理方法，避免炉况波动，解决高炉顺行和相关设备的保护问题。提供从配料到出铁之间各生产过程的冶炼数学模型，提供全套炉况推理规则及规则组合，高炉异常情况推理机等。依该高炉目前的情况为基础，应用这套系统后可将燃料比下降至500kg/t铁以下。
5 结语

由于6#高炉的上料系统和热风炉系统较为庞大，控制也相对复杂一些，所以对于MasterLogic-100R系统的应用也应该是较为全面、深入和灵活的。以上是首次使用该系统得到的一些可应用的结论，希望能对读者有所帮助和启迪。
［参考文献］
［1］ 邵裕森,巴筱云.计算机过程控制系统及仪表［M］.北京：电子工业出版社，2005.
［2］ 麦雪凤.柳钢喷煤改造工程检测及自动控制系统［J］.冶金自动化，2004：62-64.
［3］ 吴麒.自动控制原理［S］.北京：清华大学出版社出版,2005.

推荐访问:高炉 自动控制 MasterLogic