[摘要]鞍鋼燒結(jié)廠球團車間包括321.6m2碚燒機組一臺，生產(chǎn)工藝包括上料，配料，造球，碚燒爐，成品共五大系統(tǒng)，年產(chǎn)球團礦250萬噸。原有控制系統(tǒng)采用Bailey公司的Net90控制系統(tǒng)，因年代較早，硬件和軟件不穩(wěn)定，且備件價格昂貴。因此，燒結(jié)廠決定利用一個月的檢修期改造原有系統(tǒng)。1999年8月至9月間，更換了原有的18臺Net90控制柜，并采用了美國AB的ControlLogix控制系統(tǒng)。系統(tǒng)運行至今效果顯著。同時，因ControlLogix系統(tǒng)的通訊及軟件(以ControlNet和RSView32為核心)的開放性及易擴展性，鞍鋼燒結(jié)廠已決定建立全廠范圍的以NT服務(wù)器為中心的二級管理計算機網(wǎng)。其目的是完成從控制層到管理層的完整的低成本自動化
一.球團車間控制系統(tǒng)的構(gòu)成
系統(tǒng)的改造利用了原有的控制室空間分別由八個控制站組成，一號站(主控室)控制碚燒爐系統(tǒng)，二，三號站控制配料系統(tǒng)，四，五號站控制上料系統(tǒng)，六號站控制成品系統(tǒng)，七號站控制風(fēng)路系統(tǒng)，八號站控制造球系統(tǒng)。系統(tǒng)共計約1600點的DI/DO和530點的AI/AO控制系統(tǒng)由三臺CPU控制，其中1號CPU控制碚燒爐東側(cè)風(fēng)路系統(tǒng)和成品系統(tǒng)，2號CPU控制碚燒爐西側(cè)風(fēng)路系統(tǒng)，3號CPU控制上料系統(tǒng)，配料系統(tǒng)。在一號站主控室配置三臺操作員接口，整個系統(tǒng)通訊由冗余的控制網(wǎng)ControlNet構(gòu)成(兩根75歐同軸電纜)連成一體，網(wǎng)絡(luò)跨度800米，實現(xiàn)分布控制，集中管理?？刂频膶ο笫浅姵龎m器，倉庫吊車之外的所有工藝設(shè)備。
二，碚燒爐系統(tǒng)主要控制原理
1.上料系統(tǒng)
上料系統(tǒng)負(fù)責(zé)向配料系統(tǒng)的礦槽提供鐵料,鐵料來源主要有兩種，一是由外部供料系統(tǒng)提供鐵料，不需要進行干燥，二是自產(chǎn)精礦供料系統(tǒng)提供鐵料，需要經(jīng)過干燥機系統(tǒng)進行干燥。該系統(tǒng)根據(jù)料線選擇來控制上料小車的車位，由礦槽的槽位信號控制小車皮帶的啟停，系統(tǒng)具有料線聯(lián)鎖功能，有過載、打滑、堵漏系統(tǒng)保護和報警功能，對圓盤給料機進行下料控制，實現(xiàn)每個圓盤配料機上的兩個附著式振動器的定時振動，對上料系統(tǒng)中的干燥機設(shè)備進行狀態(tài)檢測，包括油泵的的壓力檢測和運行狀態(tài)檢測，慢動停止和油泵壓力足夠大作為干燥機運行的聯(lián)鎖條件，實現(xiàn)干燥爐的溫度、壓力、煤氣和空氣流量的顯示和控制，干燥爐溫度控制采用PID控制，目的是實現(xiàn)煤氣的充分燃燒，即干爐溫度高時，先減小煤氣量，再減小空氣量，而干燥爐的溫度低時，先增大空氣量，再增大煤氣量。
2.配料系統(tǒng)
配料系統(tǒng)主要任務(wù)是向造球系統(tǒng)礦槽提供混合料，根據(jù)造球系統(tǒng)礦槽的料位，由操作人員設(shè)定上料總量，程序根據(jù)上料總量計算、分配、控制14個礦槽的下料量，主要控制內(nèi)容為：（1）系統(tǒng)物料總量實行大閉環(huán)跟蹤控制；（2）配料設(shè)備起停控制；（3）自動換槽下料的切換啟?？刂疲唬?）下料閉環(huán)調(diào)節(jié)控制；（5）原料礦槽上/下料位控制。
根據(jù)工藝要求，配料設(shè)備啟?？刂婆c造球系統(tǒng)、焙燒機系統(tǒng)及料流量等有嚴(yán)格的聯(lián)鎖關(guān)系。自動換槽是指在生產(chǎn)過程中，當(dāng)某一正在下料的礦槽料位到了下限值或與該礦槽配套的配料設(shè)備發(fā)生了某種故障而不能繼續(xù)下料時，程序根據(jù)與該槽相鄰（前或后）的礦槽的物料品種號（由人工依配料種類在計算機上對每個配料礦槽設(shè)定的物料的品種編碼），先（后）啟動與該槽具有相同品種號的配料設(shè)備，后（先）停止該不能繼續(xù)配料的設(shè)備的工作。以保證該物料品種下料量的連續(xù)性和均勻性。圓盤下料量閉環(huán)自動調(diào)節(jié)是以電子稱檢測的實際下料量（過程變量）與設(shè)定值作比較，通過調(diào)節(jié)圓盤給料機的轉(zhuǎn)速，改變下料量來實現(xiàn)的。系統(tǒng)物料流量跟蹤控制是根據(jù)物料平衡的原則，不斷計算各種物料新的設(shè)定值，使各工作礦槽下料量之和等于需要的總配料量，并能在一個很小的范圍內(nèi)對配比實現(xiàn)微調(diào)。當(dāng)一個新的配比輸入控制系統(tǒng)時，控制系統(tǒng)能自動使物料料頭料尾對齊。
3、造球系統(tǒng)
造球系統(tǒng)是按焙燒機對物料的需求量確定每個造球盤的下料量，由操作人員調(diào)節(jié)，混合料投放到造球機制成生球團，生球團經(jīng)磙式篩分機篩分為9mm-16mm之間的合格的生球團，通過擺動皮帶將合格生球團布到焙燒機上，不合格的生球團經(jīng)散料系統(tǒng)回到造球礦槽。
4、焙燒機系統(tǒng)
焙燒爐系統(tǒng)是整個系統(tǒng)工藝的核心，焙燒爐分為鼓風(fēng)干燥段、抽風(fēng)干燥段、預(yù)熱段、焙燒段、均熱段、冷卻段（圖二）。根據(jù)工藝要求焙燒爐系統(tǒng)具有下列模擬量控制：a)廢氣風(fēng)機入口閥的調(diào)節(jié)
該控制主要為了保證鼓干段罩內(nèi)壓力為負(fù)壓，防止煙氣外排。為此利用廢氣風(fēng)機閥控制其開度來保證罩內(nèi)煙氣不外排，控制負(fù)壓在設(shè)定圍內(nèi)。

b) 鼓干風(fēng)機冷風(fēng)閥的調(diào)節(jié)
該控制主要為了對鼓干段內(nèi)溫度進行控制，當(dāng)罩內(nèi)溫度過高時，將冷風(fēng)閥打開，以降低風(fēng)溫，保證對生球料進行干燥所需的溫度。

c) 回?zé)犸L(fēng)機放散閥的調(diào)節(jié)
為了控制抽風(fēng)干燥段的壓力，保證熱風(fēng)壓力維持在一個恒定值上，壓力檢測由罩內(nèi)的兩個測量點進行測量，兩個壓力信號平均后進行PID控制，PID控制輸出調(diào)節(jié)回?zé)犸L(fēng)機放散閥。

d) 主抽風(fēng)機入口閥的調(diào)節(jié)
根據(jù)球團生球料層的透氣性來調(diào)節(jié)風(fēng)機的閥門，透氣性好壞的依據(jù)是主抽風(fēng)機的出口溫度，出口溫度增大時，調(diào)節(jié)閥開度減小，反之增大。

e) 回?zé)犸L(fēng)機入口閥的調(diào)節(jié)
控制焙燒機的終點溫度，終點溫度取自N28、N29風(fēng)箱溫度的平均溫度，由操作人員根據(jù)生產(chǎn)情況設(shè)定終點溫度，通過回?zé)犸L(fēng)機入口閥的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)終點控制。

f) 回?zé)犸L(fēng)機冷風(fēng)閥的調(diào)節(jié)
回?zé)犸L(fēng)機轉(zhuǎn)子要求風(fēng)溫最高溫度不能超過300℃，通過回?zé)犸L(fēng)機冷風(fēng)閥開度的調(diào)節(jié)控制回?zé)犸L(fēng)機出口溫度。

g) 鼓干風(fēng)機冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)
調(diào)節(jié)鼓干罩內(nèi)的溫度，罩內(nèi)溫度增大時，調(diào)節(jié)閥開度增大，反之減小。

h) 冷卻風(fēng)機入口調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)
控制預(yù)熱段爐膛壓力，保證生球團料的預(yù)熱效果，爐膛壓力增大時，調(diào)節(jié)閥開度減小，反之增大。

i) 二冷罩調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)
根據(jù)二冷罩內(nèi)壓力進行調(diào)節(jié)，壓力增加時，調(diào)節(jié)閥開度增大，反之減小。

j) 鼓干放風(fēng)閥的調(diào)節(jié)
鼓干放風(fēng)閥根據(jù)N3風(fēng)箱壓力進行調(diào)節(jié)，壓力增大時，調(diào)節(jié)閥開度增大，反之減小。

k) 爐膛溫度控制

爐膛溫度控制主要由控制焙燒段內(nèi)的30個點火煤氣支管流量和30個空氣支管流量來實現(xiàn)，根據(jù)焙燒段內(nèi)溫度控制點多，分布比較均勻的特點，我們將焙燒段分成八個燃燒段，每個燃燒段控制4個燒嘴，每個燃燒段的平均溫度TV做為每個燒嘴的過程孌量。TV=ΣTn/n (TV：平均溫度，ΣTn:有效溫度和，n：有效溫度點數(shù))。
計算機檢測4個燒嘴的溫度，對由于熱電偶損壞或計算機線路損壞造成的測溫不準(zhǔn)，在計算平均溫度時將不準(zhǔn)的溫度點濾掉，剩余的溫度點加權(quán)平均。由操作人員設(shè)定每個燃燒段的溫度，計算機根據(jù)每個燒嘴的實測溫度，調(diào)節(jié)點火煤氣閥、點火空氣閥，使每點的溫度都控制在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，直到平均溫度TV與設(shè)定溫度控制在有效的偏差范圍內(nèi)。為了使煤氣充分燃燒，該控制采用串級PID控制，控制原則是溫度高時，先減少煤氣量，再減少空氣量；溫度低時，先增大空氣量，再增大煤氣量。
三，ControlLogix控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)用以實現(xiàn)以上所述各工藝設(shè)備的電氣自動控制和操作、順序邏輯控制、儀表模擬量監(jiān)控、回路調(diào)節(jié)等功能，對工藝過程信息進行檢測、記錄及數(shù)據(jù)的初步處理，執(zhí)行設(shè)備運轉(zhuǎn)控制及工藝過程自動調(diào)節(jié)、越限報警等?？刂葡到y(tǒng)主要包括：
ControlLogix控制系統(tǒng)的控制器Logix5550
Logix5550控制器是32位總線的控制器，可拆卸的模塊化內(nèi)存。單個控制器的控制能力可達(dá)數(shù)字量25,000點，模擬量4000點。它可以安裝于框架內(nèi)的任何槽位，每個框架可安裝多個控制器，該控制器不僅可以控制和組態(tài)本地框架內(nèi)的輸入輸出模板，還可以控制和組態(tài)網(wǎng)絡(luò)上任何遠(yuǎn)程框架上的輸入輸出模板。另外，Controllogix系統(tǒng)具有極強的模擬量和回路調(diào)節(jié)處理能力，先進的Producer/Consumer通訊和多任務(wù)控制模式使回路調(diào)節(jié)的實時性更強，I/O通訊速度更快。
1、 控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet
Controllogix控制系統(tǒng)的ControlNet網(wǎng)打破了PLC系統(tǒng)傳統(tǒng)的Souce-Destination(源-目的地)的點對點和巡檢的通訊模式，而采用了現(xiàn)進的Producer-Consumer(生產(chǎn)-消費)的通訊模式。其支持計劃性信息和非計劃性信息的傳輸，用ControlNet取代了以往多種主控網(wǎng)和現(xiàn)場網(wǎng)的功能。并具備了對實時性數(shù)據(jù)傳遞的確定性，可重復(fù)性和實時性要求。ControlNet和ControlLogix框架的連接由模板CNB或CNBR來實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)用75Ω同軸電纜組成，網(wǎng)絡(luò)每段最大傳輸距離1000M，段與段之間用中繼器可以延伸網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達(dá)到5M/秒，既可以組成單獨通訊網(wǎng)絡(luò)，也可以組成冗余通訊網(wǎng)絡(luò)。ControlNet網(wǎng)絡(luò)配置的特點是無論是CPU框架還是遠(yuǎn)程擴展框架均由CNB(CNBR,冗余配置)模塊掛在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，然后由軟件進行管理擴展模塊的歸屬，這一特點使網(wǎng)絡(luò)的擴展和走線十分靈活。該系統(tǒng)還可以用以太網(wǎng)通訊模板和DH+通訊模板做網(wǎng)橋，將ControlNet網(wǎng)分別連到以太網(wǎng)和DH+網(wǎng)上，做到控制網(wǎng)和管理網(wǎng)合二為一。

2、 人機界面
人機接口操作系統(tǒng)硬件由工控機和和內(nèi)置的1784-KTCX卡組成。軟件主要有組態(tài)編程軟件Logix5000，通訊軟件RSLinx，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RSNetworx,畫面監(jiān)控軟件RSView32，每臺上位機同時具備操作站和工程師站功能，可在線切換。RSView32提供友好的人機界面和方便的操作方式。畫面包括：流程畫面、操作畫面、調(diào)節(jié)畫面、儀表分組畫面、統(tǒng)計計算畫面、趨勢顯示、報警顯示、報表畫面等標(biāo)準(zhǔn)功能畫面。其中操作畫面按鈕配有確認(rèn)畫面以減少誤操作可能性，提高系統(tǒng)可靠性。統(tǒng)計計算畫面充分利用電腦強大的計算功能實時將配料量及經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計計算出來，提高生產(chǎn)效率。RSView32支持微軟NT或95，98系統(tǒng)的各類規(guī)范和協(xié)議如OPC，ODBC，ActiveX等。操作站/監(jiān)視站與ControlLogix系統(tǒng)之間以O(shè)PC的方式通訊。3個上位操作站/監(jiān)視站內(nèi)還配有標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)卡，進而接入以NT