冶金过程自动化系统

1．企业现状
福建冶金集团，下属公司有很多，以冶金为主，在以往的企业中，工艺落后，自动化程度低，污染大，劳动强度高，经过公司决定，要求采用了当今最先进的生产工艺，原料、烧结、高炉、转炉、连铸、轧钢全套完整工艺生产线。考虑到生产工艺比较紧凑，之间信息要求能共享，我们准备在各车间增加了网络建设，为以后全厂整体的网络建设打下了良好的基础。
2．项目建设的意义及必要性
我们在高炉、转炉中采用了先进的设备和工艺。450M3中型高炉，年产生铁约55万多吨，45吨的转炉，年产钢水60万吨。考虑到冶金位置比较偏僻，人员配置不能太多，备件采购比较麻烦，公司要求设备故障率要低、维护成本要低、尽量采用自动控制以减少人员配置或劳动强度。
传统的控制系统采用的是电气回路连锁，线路复杂，维护成本高，故障率高，当今自动化技术已经非常成熟，因此我们抛弃了传统的控制方式，采用最先进的自动化系统，经过招标我们选用了法国施耐德的PLC（可编程控制器）。在自动化系统中采用了以太网、profibus现场总线等先进的技术。
3．项目的技术基础
在整个自动化系统中，所采用的电气自动化产品范围之广、种类之多几乎函概了电气自动化产品的所有门类，其中包括低压电器产品、可编程控制器（Programmable Controller）、现场总线、工控及软件产品、通讯网络产品、仪表类产品、传动控制产品、传感器类产品、电动执行结构等等，涉及面非常广。
可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求，设备一对一的分别进行连线的结构形式。把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。它把作为网络节点的智能设备连接成自动化网络系统，实现基础控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化的综合自动化功能,是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。
4．项目组织实施方案
整个系统的实施由我和另外两位技术人员负责组织管理，包头钢铁设计院设计图纸，二十二冶负责设备的安装和线路校验，鞍钢自动化负责编程调试。
高炉自动化控制系统
高炉分为高炉本体、炉顶及上料、热风炉及煤气除尘、槽下及槽上运料系统等系统，均采用基础基础计算机控制系统进行控制，该基础级计算机系统，可通过PLC和人机接口实现电气自动控制，数据信息处理及数据信息传送，设备状态监视，参数给定等功能。各控制区PLC分别作为一个节点，通过通讯总线相连，使电气、仪表和计算机构成一体化系统。电气接受从计算机或综合仪表装置送来的各种信息对工艺生产设备进行顺序控制，同时在自动控制过程中，将有关工艺生产设备的状态信息或控制实际值送给计算机和仪表控制装置，做到信息共享。
系统设置工程师/操作站挂于通讯网上，进行软件的编程和对生产过程进行监视、操作及设定。在主控楼操作室设置紧急操作台对炉顶的 重要设备进行操作，以确保在高炉发生故障时使高炉安全停产。
计算机总体布置方案如下：卷扬及炉顶、高炉本体、槽下的操作站、控制站均设于主控楼内。此外在热风楼及煤气除尘电气室设置操作站两台，槽下及槽上电气室设置操作站两台，各系统的状态监视在此实现。各电气室与主控楼通过以太网进行信息交换。计算机系统配置见附图
高炉自动化系统方案


非主工艺线上设备的电气控制系统
出铁场及除尘、矿槽除尘、鼓风机站、水冲渣泵站、铸铁机及水泵站等高炉辅助设施仍采用继电器－接触器方式控制。
转炉自动化系统
采用基础自动化系统可实现“三电”一体化的要求，仪表与传动公用一套系统，实现仪、电一体化控制。取代常规显示仪表和大量的中间继电器。这样即可以提高工厂自动化控制水平，又节省设备投资、减少了线缆连接、备品备件及故障点。
另外由于整个转炉系统用到大量的仪表，在仪表选型上我们本着安全、可靠、技术先进、性能价格比高的原则，仪表全部采用国产名牌或进口的仪表。调节阀、切断阀选用气动阀门，这样可以满足防爆要求，且动作响应快。
转炉基础自动化系统的控制范围包括：散状料、转炉本体、汽化冷却、烟气净化及风机房五部分，具体配置为：
转炉及散状料：每座转炉2台主控单元＋2台HMI，安装在转炉PLC室及主控室。
烟气净化与汽化冷却系统：1台主控单元＋1台HMI，主控单元安装在汽化冷却室、HMI安装在转炉主控室。
水泵房：1台主控单元＋1台HMI,安装在风机房PLC室及控制室。主控单元、HMI以及服务器之间通过局域网连接。
由于烟气净化系统的风机房与转炉主控室之间距离较远，为了减少线缆的敷设，在风机房单独设置一套主控单元及1台HMI.
基础自动化系统主要完成如下任务：
1．转炉本体
1）过程检测与控制部分
整个检测部分包括氧气流量检测、记录、累计；氧气温度检测、记录，氧气总管与支管（阀前、阀后）压力检测、显示、报警；A枪、B枪氧气压力检测、显示、连锁、报警；等等共1000多个检测与控制点。
2）传动部分
转炉由四台45KW的异步变频电动机共同驱动，四台电动机由一台250KW变频器控制。氧枪电机37KW，由一台75KW变频器控制
2．散装料
1）过程检测与控制部分
主要检测6个高位料仓和6个称量斗的重量
2）传动部分
3．烟气净化及一次风机房
1）过程检测与控制部分
主要是高压风机的一些关键运行参数的检测，包括风机轴承温度指示、记录、报警；电机轴承与定子温度指示、记录、报警；风机进出口压力指示、记录；液力耦合器进出口油温指示、报警、记录；风机转速指示、记录；等等
还有烟气净化部分的检测，一文前压力指示、记录；一文后压力指示、记录；二文前压力指示、记录；二文后压力指示、记录；平衡阀前后压差指示、记录；一、二文供水温度压力流量指示、记录；等等
2） 传动部分
4．汽化冷却
1）过程检测与控制部分
气包水位三冲量调节；汽包压力温度检测、显示；汽包出口蒸汽管压力检测、显示、调节；强制循环泵出口压力检测、显示；调压阀前压力检测、显示；换热器水位检测、显示；等等
本着技术先进、运行可靠、性能价格比高的原则，采用施耐德公司的昆腾系统PLC系统，对于一些距离比较远的地方我们采用了现场总线技术，通过网络将现场的点采集进来，因此大大减少了电缆数量和长度。网络图见如下


由于采用了PLC与工控机及现场总线，施工量及成本大大降低，整个工程周期非常短，以往需要3个月调试的系统，现在只要一个月即可完成。
其他系统不在详细列出。
5．投资估算
虽然采用了比较先进的自动化系统但占整个工程投资的很小一部分。
6．经济效益与社会效益分析
所建成的系统大大降低了故障率，减少了人员配置，很多地方都是全自动操作，实现全电脑操作。节约了资源，提高了工作效率。下一步准备将全厂网络整合在一起，