3号高炉控制系统应用特点

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３号高炉控制系统应用特点　

杨春　

（总经办）　申世武　

（设计院）　

摘要：介绍柳钢３号高炉的ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ冗余控制系统和现场总线的结构、系统软件及画面编　制，以及应用情况。　关键词：ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ控制系统；冗余；现场总线；高炉　

Ｎｏ．３　Ｂｌａｓｔ　Ｆｕｒｎａｃｅ　Ｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　

ＹＡＮＧ　Ｃｈｕｎ　ＳＨＥＮ　Ｓｈｉ—ＷＵ　（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｎａｇｅｒ　ｓ　Ｏｆｆｉｃｅ）　（Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　Ｌｉｕｇａｎｇ＇ｓ　Ｎｏ．３　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ＇ｓ　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ　ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓ－　

ｔｅｒｎ　ａｎｄ　ｆｉｅｌｄｂｕｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ｉｍａｇｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ；Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ；Ｆｉｅｌｄｂｕｓ；ＢＦ　

１前言　

柳钢３号高炉控制系统采用ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ控　

制系统完成对生产过程信号的采集、处理及逻　辑控制，实现了高炉生产过程自动化。该系统　

是一个基于ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ结构体系集成的Ｃｏｎｔｒｏｌ—　

Ｎｅｔ、ＥｔｈｅｒＮｅｔ网络的集中监视、分散控制的自　

动控制系统。ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ控制系统具有集成、　

无缝连接、快速、可组态及工业化等特点。集　成化——结构紧凑等；无缝连接——易于和现　

有ＤＣＳ系统集成；快速——Ｃｏｎｔｒ０ｌＬ０ｇｉｘ结构在　

背板上提供了高速数据传输总线，１７５６一Ｌ６２控　

制器提供了高速传输的控制平台；可组态——　

提供了模块化控制方法；工业化——提高了高　

强度平台，可耐受震动、高温及各种电气干扰。　高炉自动化控制系统具有组成设备多、位　

置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶　

作者：杨春，大学学历，工程师，现在柳铜总经　办秘书科任专务秘书。　劣、安全性可靠性要求高等特点。高炉过程检　

测和控制的主要项目可分为监视炉内反应、稳　

定高炉操作、保护炉体及人身安全等几类。高　炉本体主要检测及控制项目有炉顶压力温度检　

测，炉体冷却壁炉衬温度检测，炉体冷却水温　

度流量检测，膨胀罐液位检测报警，高炉顶压　

调压阀组的操作控制，高炉富氧量的调节控制，　

膨胀罐压力调节控制，炉顶阀座蒸汽压力调节　

控制等。根据现场实际情况，为满足生产工艺　

对自动化系统的可靠性、开放性、运算能力、　操作及监控水平等方面的要求，３号高炉Ｃｏｎ—　

ｔｒｏｌＬｏｇｉｘ控制系统采用冗余模式及现场总线技　

术。　

２　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ冗余系统　

ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ冗余系统由互为冗余的框架和　

远程Ｉ／Ｏ框架组成，冗余框架中含有控制器模　

块、ＥＮＢＴ模块、ＣＢＮ模块和冗余模块。　

ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉ

ｘ控制系统是一个功能强大的控　制系统，它集ＤＣＳ技术与ＰＬＣ技术于一体，既　

可以进行常规的电气控制，又可以进行复杂的　

仪表控制，而且网络功能强大。充分利用其强　

大的逻辑控制和网络功能，实现设备的集中控　

制和监视。ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ冗余控制系统硬件配置　

见图１。高炉控制系统设一个工程师站（编程　

器）、一个操作员站。工业ＰＣ机采用ＤＥＬＬ的　

工控机。２台工控机互为热备份。　

图１　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ冗余控制系统硬件配置图　

虽然ＣｏｎｔｒｏＬｏｇｉｘ冗余系统不象ＰＬＣ一５热备　

系统那样，要编写很多梯级，但有些组态和编　

程还是和单机系统有所不同［１１。两个冗余框架　

中的控制器的项目名称完全相同，无论是下载　

程序还是上位程序均只对一个控制器操作，当　

同步状态时，主控制器会将程序传到辅控制器　

中。选用１７５６一Ｌ６２控制器类型。只能建立１个　

最高优先级别的任务，Ｉ／Ｏ模块的ＲＰＩ系统切换　

的最大时间设定必须小于３７５ｍｓ，否则在切换时　

可能引起连接的丢失；将需要无扰切换的输出　点放在最高级别的任务中编程。看门狗时间大　

于等于２倍的最大扫描时间（１ＯＯｍｓ）。　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ冗余系统的通讯分为两部分，　

对上而言，是控制器与ＨＭＩ和其它控制器的通　

讯，有Ｃ—Ｎｅｔ和Ｅ—Ｎｅｔ两种网络可选择；对下　

而言，是控制器与远程Ｉ／Ｏ模块的通讯，只可以　■　

选择Ｃ—Ｎｅｔ作为远程Ｉ／Ｏ的网络。　

３　ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ现场总线技术　

ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ是一种高速确定性现场总线，用　于对时间有苛刻要求应用场合的信息传输，为　

对等通信提供实时控制和报文传送服务［２１。Ｃｏｎ—　

ｔｒｏｌＮｅｔ采用了一种新型的生产者／消费者通信模　

式，该模式允许网络上的所有节点同时存取同　

一个数据源，具有较高的网络通信效率；生产　者村肖费者模式还采用广播信息发送方式，各个　

节点可以在同一时间接收到生产者所发送的数　

据，节点接收到的信息精确同步；当网络连接　

更多的设备时，网络通信量不会增加。作为控　

制器和Ｉ／Ｏ设备之间的一条高速通信链路，Ｃｏｎ—　

ｔｒｏｌＮｅｔ综合了现有网络的诸多优点：实时Ｉ／Ｏ通　

信、控制器互锁、对等报文传输（Ｐｅｅｒ—ｔｏ—Ｐｅｅｒ—　

Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ）以及编程操作都可以在同一条Ｃｏｎ—　

ｔｒｏｌＮｅｔ链路上实现等。　

高炉的自动化系统考虑了实际应用的需要，　

充分利用软硬件的资源特点，构建三层网络结　

构，即信息层、控制层和设备层。　

信息层主要为高炉的操作、维护及厂级计　

算机系统提供网络接口，访问车间级的生产及　

管理数据，为全厂范围内控制系统的数据汇集、　

监视提供服务，并接受生产调度指令，协调全　

厂生产。这一层的特点是数据量较大，但对实　

时性无过高要求，同时，为便于不同厂商的　

ＤＣＳ／ＰＬＣ计算机系统的互联，进行必要地控制　

和协调，因而采用符合公共标准的ＴＣＰ／ＩＰ协议　

的１００Ｍｂｐｓ速率以太网。考虑到工业控制对可　

靠性的要求和工业现场的恶劣环境，以太网采　

用冗余光线环网构成。高炉的１台工程师站、１　

台操作站通过以太网卡接入网络，ＤＣＳ系统安　

装有ＣＰＵ模块的主冗余框架通过以太网接口模　

块接人。　控制层负责在ＤＣＳ系统主冗余框架及远程　

Ｉ／

Ｏ之间进行控制数据的传递、交换，协调控　制，并且提供网络编程、程序维护、设备组态、　

故障排除等功能。这一层的网络不仅要求稳定　

可靠的连接，而且要确保信息传递的实时性。　

ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ采用冗余总线拓扑结构，通讯速率　

５Ｍｂｐｓ，其特色在于ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ是确定性的，这　

也就意味着网络上的Ｉ／Ｏ设备和控制器都是在预　

定的时刻进行通讯的。ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ中的每一个部　件都已经在组态时提前确定好了通讯时刻和时　

长，因此它非常稳定和可靠，特别适用于对时　

间要求较高的工业应用。同时，为确保通讯不　

会出现中断，在这一层我们使用了冗余的通讯　

介质来进一步提高可靠性。　

设备层主要用于将电气传动设备，即变频　

器、软启动器直接连接到所属的ＰＬＣ系统中，　

不再通过传统的数字、模拟量连接来实现控制，　这样做不仅方便而快速，还可以采集现场设备　

的数据，对其进行配置、监视和实时控制。这　

一层采用远程Ｉ／０网。　

三层网络结构使得可以根据高炉系统的具　

体应用要求选择合适的通讯方式，这种网络架　

构不仅提供了ＥｔｈｅｒＮｅｆｆｌＰ、ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ、Ｒｅｍｏｔｅ　

Ｉ／Ｏ网络连接，还包含了面向自动控制而优化的　

高级软件接口，以保证高效的数据传输。　

ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ现场总线的系统结构见图２。该　

系统采用的ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ现场总线，通过屏蔽同轴　

电缆（１７８６一ＲＧ６）进行传送数据信息。通过统　

一的电源系统向现场设备供电，现场控制箱电　

源来自主控室仪控电源柜，设备在操作过程中　

进行维修、接通或断开，即使在潜在的爆炸区　

也不会影响到其它站点。　

图２　ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ现场总线的系统结构图　

该系统采用了ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ通讯网络，它具有　

独特、先进、高效的Ｐｒｏｄｕｃｅｒ／Ｃｏｎｓｕｍｅｒ技术，开　放、高速、实时、对等地传递数据信息，网络传　

输速率最高达５Ｍｂｐｓ。Ｃｏｎｔｒｏｌ

Ｎｅｔ有着严密的通讯　协议和数据传送逻辑，具有高度的确定性。　

采用现场总线技术，每一个现场控制箱若　

接人３０个１／０点，则按常规方式需要３０根控制　

电缆，而采用现场总线冗余模式，只需２根屏　

蔽同轴电缆即可。因此，采用现场总线，不仅　

使减少了控制电缆的使用量，最关键是节省了　

电缆投资，也减少了因电缆故障带来的生产隐　

患。采用现场总线冗余模式，建议２根屏蔽同　

轴电缆走不同的线路，以保证其中一条线路上　

的电缆因断裂或烧毁等原因造成通讯故障时，　

另一条线路的通讯仍旧能照常工作。　

４系统软件及画面编制　

系统软件主要包括：梯形图软件　

ＲｓＬｏｇｉｘ５０００、硬件刷新软件Ｆｉｒｍｗａｒｅ、通讯软　

件Ｒｓｌｉｎｘ、网络组态软件ＲｓＮｅｔｗｏｒｋＥｘ　Ｆｏｒ　Ｃｏｎ—　

ｔｒｏｌＮｅｔ（Ｅｔｈｅｍｅｔ）、监控软件Ｒｓｖｉｅｗ３２。通过编　

程可实现监控系统所需要的人机界面。控制系　

统采集的数据通过组态画面以多种显示形式形　象地显示出来，操作人员可通过画面操作传送　

给ＤＣＳ。其特点有界面制作功能、通讯功能等　

强大，操作简单明了，报警方式灵活有效，运　

行安全稳定等。　

本系统监控层采用Ｒｓｖｉｅｗ３２软件进行组态，　

它具有控制、数据管理、数据采集、数据记录、　

报警、趋势、报表生成等功能。工程师可在服　

务器上进行计算机管理、编程、日常维护；操　

作员可在操作站上进行操作控制和监视生产运　

行状态。　

显示画面的主要功能：在控制中心能对系　

统上被控设备进行在线实时控制，如高炉顶压　调压阀组的操作控制，高炉富氧量的调节控制　

等；用图形形象、实时反映设备的运行状态；　

动态地显示工艺流程图及各种参数；动态显示　

模拟量的数值、开关信号。能建立生产数据库、　■　

操作信息库、故障信息库。利用实时数据和历　

史数据，进行生产成本分析及寻求最佳运行方　

式以达到节能的目的。当某一模拟量（如流量、　压力、温度等）的测量值超出设定的范围或某　

一开关量（如继电器触点、接触器触点、阀位　

等）变化时，可据不同的需要设定进行报警。　

能生成即时报表、日报表、月报表、年报表。　按不同操作级别分别加密。能进行报表、图形　

打印及事件、报警实时打印等。　

５结语　

柳钢３号高炉控制系统采用互为热备份的　

冗余控制系统，当一个控制器或工控机出现故　

障时，另一个控制器或工控机马上由热备份状　

态切换为运行状态，此时，用户可在保证安全　生产的前提下，对出现故障的控制器或工控机　

进行恢复检修处理，在一定程度上降低了因控　

制系统故障带来的生产安全隐患，使控制系统　

故障率降低，提高了控制系统的可靠性。在采　

用冗余控制系统时，要保证控制系统的电源冗　

余，建议采用双电源和不间断电源（ＵＰＳ）供　电模式，控制系统不能采用冷备份而要采用热　

备份模式。需要强调的是冗余控制系统不是绝　

对安全方式，而是确保系统更加可靠安全所采　

取的一种手段。　

柳钢３号高炉控制系统自２０１０—０３投人运