PCS7 V6.0在安钢双蓄热换向加热炉中的应用

[摘 要]介绍西门子PCS7／V6.0冗余系统在安阳钢铁股份有限公司第二轧钢厂双蓄热换向加热炉应用中的系统构成和完成的主要功能。经过1年多的运行，系统一直可靠工作。
[关键词]PCS7；加热炉；冗余；语音报警；双蓄热
0 引言
河南安阳钢铁股份有限公司第二轧钢厂新建一套3#蓄热推钢式加热炉，炉子有效长度30m，内宽5.8m，用于钢坯轧制前加热。钢坯最高温度为1200℃，加热能力100t／h（最大120t／h）。主燃料采用高焦混合煤气，发热值为1800×4.186kJ／m3。北京中冶科技发展公司和安阳钢铁股份有限公司第二轧钢厂合作，采用西门子公司新推出的PCS7 V6.0系统方便容易地实现了该加热炉的自动仪控功能。
1 系统构成
双蓄热燃烧新工艺节能效果显著，加热温度高，升温快，污染小，但是炉内压力波动大，所以对控制要求较高。厂方要求在保证控制系统可靠性高的基础上取消所有盘装仪表，并提出报警需有指示灯及中文屏幕，同时伴有语音报警，以满足夜班工作的需要。通过性价比选择，最后确定使用西门子冗余PCS7 V6.0系统。
本系统包括一个冗余的AS414H控制站，冗余电源，冗余100Mb／s工业以太网，两个互为冗余的操作员站，一个工程师站。冗余配置满足了系统的高可靠性要求。PCS7 V6.0的数据归档可以设定按时间段分别存储成不同的文件，方便备份到另一台离线计算机做离线分析，历史数据归档不受时间限制。系统配置见图1。
系统各部件组成如下。
（1）控制站。一个冗余AS414H主站，下连7个冗余接口的DP站。共有208点DI；144点DO；AI的分布是热电阻104路，热电偶24路，4～20mA信号56路；AO为28路。所有模块支持热插拔。通过两个互为冗余的CP443—1上挂由两个100Mb／s的ESM交换机组成的快速工业以太网。


（2）操作员站。OS1和OS2两个操作员站分别连ESM1和ESM2，实现冗余。每个站配有CP1613以太网卡，并利用冗余连接AS414H控制站的两个CP443控制站以太网卡，实现实时控制。还配备D-LINK以太网卡连到由D-LINK HUB组成的另一以太网，实现组态和拷贝归档数据。
（3）工程师站。配有CP1613以太网卡连到ESM1交换机挂接控制以太网，对AS控制站组态和调试，实时控制时也可当作操作员站。配备DLINK以太网卡连到由D—LINK HUB组成的另一以太网，实现对OS1和OS2两个操作员站的组态和数据拷贝。
（4）100Mb／s工业以太网。由两个互为冗余的ESM组成冗余控制网。
（5）100Mb／s组态网。工程师站通过它对OS1和OS2两个操作员站组态，实时控制工程师站，通过它对OS1和OS2两个操作员站拷贝归档数据。
2 控制功能的实现
2．1 主要控制功能
（1）温度显示和报警。共有100个测温点，超限报警。PCS7 V6.0有带预设画面样板的模拟量监测块，组态时只要简单输入信号地址、量程范围、报警上下限，并在画面中选定位置，就可以在运行中得到带正常、高报、高高报警等不同颜色变化的模拟量显示。
（2）炉温及空气、煤气流量的测量和控制。炉温和空燃比分加热一段、加热二段、上均热段和下均热段四段远程操作和自动控制。四段空气、煤气流量有手动、自动调节，可以实现与温度的PID双交叉串级控制，控制精度≤5℃。特别是手动／自动、内部／串级的无扰动切换，断偶处理、数字滤波功能都可以用PCS7的库程序（CFC块）在CFC图形环境连线编程中方便地实现。
（3）炉膛压力的测量和控制。通过对空气排气管出口挡风阀开度的调节控制炉压。
（4）煤气压力的测量和调节。
（5）空气压力的测量和调节。
（6）煤气总管流量的测量和调节。
（7）O2、CO含量的测量。空气排气管道要求O2、CO含量检测，并在操作站显示。
（8）压缩空气压力检测。
（9）出炉钢坯温度检测。对出炉钢坯进行温度红外检测、显示。
（10）汽化冷却系统检测、控制。包括1）汽包压力：取压点在汽包顶部，左右分布。2）汽包液位：双色水位计就地显示2点，远传至仪表室2点点，左右分布。液位中心偏差为上下100mm，水位能够通过自动停水和补水进行自动控制。3）蒸汽流量检测并能够调节。4）给水压力、流量检测。5）汽包放散能够在操作员站上控制。
（11）换向控制。包括1）实现各段内分组定时换向。2）实现定温换向。3）实现超温报警并强制换向。4）换向参数可调。
（12）报警及控制。包括1）对重要的报警除了已做的文字、画面、灯光提示外，还做了语音报警。在这个工程中对汽包东水位上、下超限，西水位上、下超限，煤气总管压力低，空气总管压力低，压缩空气压力低和煤气快切阀关阀8个对生产安全极为重要的报警作了语音报警。完成语音报警硬件需要操作员站配有声卡和音箱。软件上要先在PCS7自动生成的众多报警中找到每一条想要做语音报警的报警，把它设成触发一个动作，并记下它的报警号。然后在标准函数中写一段程序，这个程序对所有产生动作的报警检查它的报警状态，是coming的就播放对应的预先录好的一段语音文件，并且把coming状态记到一个内部变量，这个内部变量要在全局脚本里被一个10s周期的全局脚本程序扫描。这样当某个语音报警发生后会不断发出报警声音，例如“汽包东水位上超限”，直到被操作员确认或故障消失才停止。2）煤气低压报警并切断。煤气总管安装快切阀，要求煤气低压时快切阀自动切断煤气。3）空气低压报警并自动切断煤气。4）所有烧嘴温度高温报警并自动调节。5）汽包水位超限报警并自动调节。6）汽包压力报警并调节。7）风机轴瓦温度报警。
2．2 数据报表
数据报表包括（1）实时数据报表，历史数据记录和历史曲线记录。（2）主要参数数据保存3年。（3）能够对主要参数（各段参控温度）的历史数据和历史曲线进行离线分析。
3 结束语
本系统已于2003年8月16日投入试生产，2003年9月24日验收，运行至今良好。PCS7V 6.0系统可靠，功能强大。系统成本比其它同类产品低，易于中标。易用性使得它的工程成本较低，受到了最终用户的欢迎。