在現(xiàn)在的高爐自動化控制中往往采用分布式I/O結(jié)構(gòu)。這種方案存在著現(xiàn)場布線多，施工量大，調(diào)試周期長的特點(diǎn)，鑒于高爐自動化的設(shè)備特點(diǎn)，采用“仿現(xiàn)場總線控制&分布式I/O結(jié)構(gòu)"組建系統(tǒng)控制方案，更適合高爐自動化的控制。這也是我公司“以工程綜合成本為中心"的設(shè)計(jì)理念的體現(xiàn)。

　　
　　一、仿現(xiàn)場總線控制概念

　　在系統(tǒng)中，對于高爐本體儀表和爐定設(shè)備采用傳統(tǒng)的布式I/O結(jié)構(gòu)，對于熱風(fēng)爐、煤氣凈化（布袋）系統(tǒng)、框槽配料系統(tǒng)采用仿現(xiàn)場總線方式。在這樣方式下把以上三個(gè)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)中的單體進(jìn)行現(xiàn)場小型PLC控制和電氣控制，由現(xiàn)場的PLC完成單體功能控制和電氣操作，而由上一級PLC實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程工藝協(xié)作控制?，F(xiàn)場PLC子系統(tǒng)和上一級PLC通過通訊進(jìn)行連接。
從實(shí)際意義上說，該系統(tǒng)不是的現(xiàn)場總線方式，而是借鑒了現(xiàn)場總線的現(xiàn)場智能控制的理念，因此稱為仿現(xiàn)場總線控制。

　　這一方式的提出示在現(xiàn)場設(shè)備得特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出來的。我們知道高爐自動化主要有高爐本體儀表、爐定設(shè)備、框槽配料、布袋、熱風(fēng)爐等系統(tǒng)組成。在以上系統(tǒng)中，從設(shè)備功能和分布角度，可以分成兩大類：

　　1：適合分布式I/O結(jié)構(gòu)的設(shè)備
　　類就是由眾多單一功能元件或裝置組成的系統(tǒng)。如高爐本體儀表系統(tǒng)和爐定設(shè)備系統(tǒng)都屬于類。這一類具有這設(shè)備分散功能單一且各不相同的特點(diǎn)。同時(shí)這些設(shè)備中都有著復(fù)雜的控制系統(tǒng)，不適合控制系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備就近安放的特點(diǎn)。
　對于這些上述設(shè)備，仍然采用分布式I/O結(jié)構(gòu)。

　　2：適合仿現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)的設(shè)備
　　第二類是由綜合功能設(shè)備組成的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)都具有著有諸多功能相同的設(shè)備組成。他們統(tǒng)一在高爐生產(chǎn)的總體框架下，同時(shí)他們又相對獨(dú)立，每個(gè)分單元都是個(gè)完整的小系統(tǒng)。如框槽配料、煤氣凈化（布袋）、熱風(fēng)爐。這些設(shè)備適合采用仿現(xiàn)場總線控制方式。下面是詳細(xì)地說明：

　　2．1熱風(fēng)爐系統(tǒng)：
　　高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)主要有若干（一般3~4）個(gè)熱風(fēng)爐單體和助燃風(fēng)設(shè)備、公共閥門組成，實(shí)現(xiàn)高爐的熱風(fēng)供給。在熱風(fēng)爐系統(tǒng)中，每個(gè)單體都有相同的設(shè)備構(gòu)成，每個(gè)熱風(fēng)爐都是完整獨(dú)立的功能單元，都能夠?qū)崿F(xiàn)燒爐、送風(fēng)的任務(wù)；同時(shí)他們又統(tǒng)一在熱風(fēng)爐生產(chǎn)的工藝之下，共同配合完成高爐的熱風(fēng)供給工作。另外從設(shè)備配置上各個(gè)熱風(fēng)爐無論是儀表還是電氣設(shè)備配置相同；

　　2．2煤氣凈化（布袋）系統(tǒng)：
　　該系統(tǒng)有若干布袋和總管設(shè)備組成，完成高爐煤氣的凈化以及往熱風(fēng)爐供應(yīng)干凈的煤氣。其中組成中的各個(gè)布袋單體都是個(gè)完整獨(dú)立的功能單元，有相同的設(shè)備構(gòu)成，都能夠?qū)崿F(xiàn)凈化、反吹、出灰、送氣的任務(wù)；同時(shí)又都統(tǒng)一在布袋系統(tǒng)對高爐煤氣凈化、往熱風(fēng)爐送干凈煤氣的生產(chǎn)工藝之下。

　　2．3框槽配料系統(tǒng)：
　　這一系統(tǒng)由輸料皮帶組、液壓站、供料設(shè)備組組成，實(shí)現(xiàn)高爐配料供料的功能。其中供料設(shè)備組由料倉、下料給料機(jī)、下料振篩、計(jì)量倉、下料液壓閘門除塵閥門構(gòu)成，完成獨(dú)立的物料篩分、計(jì)量任務(wù)、供料功能、工程除塵。并統(tǒng)一在高爐配料制度之下協(xié)調(diào)工作，共同完成高爐供料的生產(chǎn)任務(wù)。
　　正是因?yàn)橐陨先齻€(gè)系統(tǒng)的這些特點(diǎn)，為三系統(tǒng)的仿現(xiàn)場總線的控制方式提供了應(yīng)用前提。從而和高爐本體儀表、爐定設(shè)備的控制系統(tǒng)共同構(gòu)成了“高爐仿現(xiàn)場總線控制加分布式I/O結(jié)構(gòu)的自動化控制系統(tǒng)"。

　　3：系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)
　　系統(tǒng)總的自動化配置結(jié)構(gòu)仍然保留現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，采用三個(gè)CPU，分被控制高爐本體、高爐供料、熱風(fēng)布袋系統(tǒng)。同時(shí)對于每個(gè)系統(tǒng)針對實(shí)際情況，采用分布式I/O結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場總線加分布式I/O結(jié)構(gòu)。其中高爐本體采用分布式I/O結(jié)構(gòu)、高爐供料中的爐定設(shè)備控制部分（含液壓站）采用分布式I/O結(jié)構(gòu)、高爐供料中的框槽配料部分采用現(xiàn)場總線方式、熱風(fēng)爐和布袋采用仿現(xiàn)場總線方式。具體配置如下：

　　3．1框槽配料：
　　和爐定設(shè)備共用一個(gè)主站CUP，并按照倉組數(shù)量設(shè)置相應(yīng)的S7200PLC子站。各個(gè)子站通過通訊和主站CPU進(jìn)行通訊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

　　主站功能：
　　完成各個(gè)倉組的計(jì)量設(shè)置、配料指令發(fā)布

　　子站功能：
　　各子站中實(shí)現(xiàn)：振料、計(jì)量、下料、除塵的功能；同時(shí)接受主站的控制指令：計(jì)量相關(guān)設(shè)置值、協(xié)同配料指令，同時(shí)做出相應(yīng)的應(yīng)答。各子站分別設(shè)置獨(dú)立的控制箱，箱內(nèi)集成PLC控制系統(tǒng)、低壓控制系統(tǒng)、儀表計(jì)量系統(tǒng)。各控制箱放置在現(xiàn)場。同時(shí)皮帶組單獨(dú)作個(gè)子站。
　　該系統(tǒng)共有如下S7200 子站：
　　振料子系統(tǒng) 11套（現(xiàn)場采用14個(gè)計(jì)量倉）
　　皮帶輸料系統(tǒng)： 1 套

　　3.2煤氣凈化（布袋）系統(tǒng)：
　　和熱風(fēng)爐系統(tǒng)使用同一個(gè)主站CPU，并設(shè)布袋單體S7200PLC子站、公共閥門S7200系統(tǒng)、出灰系統(tǒng)S7200子站。子站間通過通訊和主站CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　主站功能：
　　僅完成根據(jù)生產(chǎn)工藝的指令發(fā)布工作如：完成工藝參數(shù)的設(shè)置發(fā)布、布袋協(xié)作指令發(fā)布（如箱體間的送氣切換）、各布袋分項(xiàng)功能指令發(fā)布（如反吹、卸灰）、公共閥門的送氣功能指令發(fā)布、出灰系統(tǒng)設(shè)備的工作指令。

　　子站功能：
　　各個(gè)單體PLC系統(tǒng)獨(dú)立的完成布袋箱體的凈化、送氣、反吹、出灰功能。各個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)主站的指令做出應(yīng)答，完成具體的控制。各子站分別設(shè)置獨(dú)立的控制箱，箱內(nèi)集成PLC控制系統(tǒng)、低壓控制系統(tǒng)、儀表計(jì)量系統(tǒng)。各控制箱放置在現(xiàn)場。
　　該系統(tǒng)共有如下S7200 子站：
　　布袋箱體子系統(tǒng) 10套（現(xiàn)場采用10個(gè)布袋箱體）
　　公共閥門子系統(tǒng) 1套
　　出灰子系統(tǒng) 1套

　　3．3熱風(fēng)系統(tǒng)：
　　和煤氣凈化系統(tǒng)使用同一個(gè)主站CPU，并設(shè)熱風(fēng)爐單體PLC系統(tǒng)、公共閥門系統(tǒng)、助燃風(fēng)、液壓系統(tǒng)子站。子站間通過通訊和主站CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　主站功能：
　　僅完成根據(jù)生產(chǎn)工藝的指令發(fā)布工作如：完成工藝參數(shù)的設(shè)置發(fā)布、熱風(fēng)爐協(xié)作指令發(fā)布（如送風(fēng)切換）、各熱風(fēng)爐分項(xiàng)功能指令發(fā)布（如燒爐、悶爐、吹掃）、助燃風(fēng)機(jī)啟動切換、液壓系統(tǒng)的起挺切換。

　　子站功能：
　　各個(gè)單體PLC系統(tǒng)獨(dú)立的完成布袋箱體的凈化、送氣、反吹、出灰功能。各個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)主站的指令做出應(yīng)答，完成具體的控制。各子站分別設(shè)置獨(dú)立的控制箱，箱內(nèi)集成PLC控制系統(tǒng)、低壓控制系統(tǒng)、儀表計(jì)量系統(tǒng)。各控制箱放置在現(xiàn)場。
　　該系統(tǒng)共有如下S7200 子站：
　　熱風(fēng)爐單體子站 4套（4個(gè)熱風(fēng)爐）
　　助燃風(fēng)子站 1套
　　液壓站子站 1套

　　3．4系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示。其中圖1為總的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，圖2為分系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖1：總的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

圖2：分系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4：系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
采用這種方式，不會給系統(tǒng)控制程序的編制帶來困難。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的控制中，程序是有兩大部分組成：工藝流程控制程序和設(shè)備工作控制程序。其中設(shè)備工作程序?yàn)楣δ軌K方式。在程序中，無論多少設(shè)備組（如振料組、布袋箱體、熱風(fēng)爐），其實(shí)都是一個(gè)功能程序。所不同的是在執(zhí)行的過程中根據(jù)具體控制的設(shè)備組（如振料組、布袋箱體、熱風(fēng)爐）進(jìn)行對應(yīng)的功能塊賦值。因此這種編程方式也為仿現(xiàn)場總線方式的程序編程提供了便利。
　　 在具體應(yīng)用中，實(shí)際上是把原來程序中的功能塊固化到現(xiàn)場的S7200中，而在上級PLC中保留工藝流程控制程序。
　　（關(guān)于更詳細(xì)地說明可參看西門子變成手冊功能塊一節(jié)）
　　因此，采用仿現(xiàn)場總線方式并不會造成編程的困難，依然可以沿用成熟的程序。
　　
　　

三、電氣系統(tǒng)配置和結(jié)構(gòu)

　　在系統(tǒng)的低壓電氣控制中，對于爐定設(shè)備還是采用傳統(tǒng)的控制方式，即配電室配電及控制，現(xiàn)場操作。而對于熱風(fēng)爐、布袋除塵、框槽配料采用配電室配電，現(xiàn)場控制及操作。在這種方法下，原來的控制室一般設(shè)兩個(gè)柜子：系統(tǒng)電源柜和現(xiàn)場分項(xiàng)配電柜。而原來放在控制室的電磁控制系統(tǒng)根據(jù)功能組進(jìn)行區(qū)分放在現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場電磁控制。

　　1：現(xiàn)場控制柜的設(shè)計(jì)
　　 現(xiàn)場控制柜采用雙層密封門結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成操作區(qū)、電磁控制區(qū)、PLC控制區(qū)。其中操作區(qū)設(shè)計(jì)在柜門上，并采用防塵原件或是進(jìn)行防塵防水處理?？刂茀^(qū)設(shè)計(jì)在柜內(nèi)，其又分割成兩個(gè)區(qū)：電磁控制區(qū)和PLC控制區(qū)。兩個(gè)區(qū)隔離，以保證PLC系統(tǒng)的電磁兼容要求以及電氣安全要求。同時(shí)為了維護(hù)、維修、檢修方便，柜內(nèi)設(shè)低壓照明燈和檢修插座。
　　操作區(qū)：用于設(shè)計(jì)控制柜安放出的設(shè)備的手動操作元件（其他的設(shè)備控制仍然采用就地箱就近控制）
　　電磁控制區(qū)：完成子系統(tǒng)中電磁設(shè)備的一次配電和二次電磁控制。
　　PLC控制區(qū)：完成PLC系統(tǒng)模塊及供電、輸入輸出隔離。為減少電磁干擾，PLC供電點(diǎn)采用直流方式，同時(shí)進(jìn)行隔離變壓器進(jìn)行電磁隔離；對于輸入輸出采用繼電器隔離，對于模擬量根據(jù)需要進(jìn)行隔離（因?yàn)楝F(xiàn)場一次元件直接進(jìn)入現(xiàn)場控制柜，干擾小，因此可以酌情處離）。

　　2：現(xiàn)場控制柜的安裝
　　現(xiàn)場控制柜的安裝應(yīng)該考慮現(xiàn)場的空間要求因?yàn)楝F(xiàn)場空間以及設(shè)備的分布。在設(shè)計(jì)中首先考慮到現(xiàn)場設(shè)備的維修方便，而后才是電氣自身的要求。電氣控制首先在空間上應(yīng)該讓位于機(jī)械操作的便捷，圍繞著機(jī)械操作便捷展開。因此在空間上應(yīng)該選擇寬敞的地方。如果空間合適而不是和電氣的安全防護(hù)要求，則在電氣柜或其他方面采取措施。在空間的基礎(chǔ)上再考慮盡量接近設(shè)備最集中的地方。

　　2．1工程中電氣柜的安裝地點(diǎn)設(shè)計(jì)：

　　2．1．1布袋系統(tǒng)：該系統(tǒng)的控制柜包含10臺布袋箱體控制柜、1臺總管閥門控制柜、1臺出灰控制柜。
　?。?）布袋箱體控制柜：設(shè)計(jì)安裝在布袋系統(tǒng)的第二層平臺。也就是中間灰斗平臺。同時(shí)布袋箱體卸灰系統(tǒng)設(shè)備的就地操作設(shè)計(jì)在柜體上。而布袋箱體的其他設(shè)備（支氣管到閥門、方散閥門）單獨(dú)設(shè)計(jì)現(xiàn)場就地箱控制并引入布袋箱體控制柜。
　?。?）總管閥門控制柜：設(shè)計(jì)安裝在精煤氣管道的外網(wǎng)平臺上。外網(wǎng)平臺上的煤氣管閥門（總管閥門、往熱風(fēng)爐閥門、往外網(wǎng)閥門）的操作器件設(shè)計(jì)在柜門上。凈煤氣和荒煤氣放散閥采用現(xiàn)場就地箱控制，并引入總管閥門控制柜
　?。?）出灰控制柜：設(shè)計(jì)安裝在出灰加濕器平臺。出灰的所有設(shè)備就地操作設(shè)在柜門上。

　　2．1．2熱風(fēng)爐系統(tǒng)：該系統(tǒng)包括4臺熱風(fēng)爐單體控制柜、1臺助燃風(fēng)機(jī)閥門控制柜、1臺液壓站控制柜。
　?。?）熱風(fēng)爐單體控制柜：設(shè)計(jì)安裝在熱風(fēng)爐燃燒管道平臺。包括熱風(fēng)爐的燃燒閥、煤氣切斷閥、助燃風(fēng)切斷閥、氮?dú)馇鍜唛y、熱風(fēng)閥的控制和操作。以上設(shè)備就地操作設(shè)計(jì)在柜門上。熱風(fēng)爐的冷風(fēng)閥、充氣閥、煙道閥、廢氣閥統(tǒng)一設(shè)計(jì)一操作箱放在閥門附近，并引入熱風(fēng)爐單體控制柜。
　?。?）助燃風(fēng)機(jī)閥門控制柜：全部助燃風(fēng)機(jī)供風(fēng)管道閥門（助燃風(fēng)機(jī)出口閥門、風(fēng)機(jī)供風(fēng)切換閥門、助燃風(fēng)放散閥）的就地控制器件設(shè)計(jì)在柜體上。
　　（3）液壓站控制柜。主要完成液壓站的信號采集和自動啟停泵控制。根據(jù)情況可以設(shè)計(jì)在控制室或是在液壓站。同時(shí)該柜還包括公共閥門（倒流修風(fēng)閥、混風(fēng)閥）

　　2．1．3框槽配料系統(tǒng)：包括10臺礦倉振配料控制柜、1臺焦倉振配料控制柜、1臺輸料皮帶控制柜、1臺液壓站控制柜。
　?。?）礦倉振配料控制柜：該控制柜包括礦倉給料機(jī)、振動篩、倉斗計(jì)量、倉都下料閘門、振料除塵閥門設(shè)備的控制和操作。就地操作操作器件設(shè)計(jì)在柜門。
　　（2）焦倉振配料控制柜：該控制柜包括焦炭振動篩、焦炭倉斗閘門、中間礦倉閘門、焦倉和中間礦倉計(jì)量等設(shè)備的控制和操作。就地操作操作器件設(shè)計(jì)在柜門。
　?。?）：輸料皮帶控制柜：該控制柜包括返焦、返焦傾角、返礦、返礦傾角、運(yùn)礦皮帶等設(shè)備的控制和操作。就地操作操作器件設(shè)計(jì)在柜門。
　　（4）液壓站控制柜：主要完成液壓站的信號采集和自動啟停泵控制。根據(jù)情況可以設(shè)計(jì)在控制室或是在液壓站。
　　以上三套系統(tǒng)中的控制柜電源引自各自的控制室配電盤，PLC通過通訊電纜串聯(lián)后和中控室CPU進(jìn)行通訊。
　　

四、優(yōu)點(diǎn)

　　因?yàn)樵摲桨柑攸c(diǎn)是每個(gè)功能裝置分別作為獨(dú)立的系統(tǒng)，并采用單獨(dú)的柜體，因此具有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　1：減少工程總投資：
　　此方案下，各控制柜之間和控制室只有兩根線：一根動力線、一根通訊線。因此可以節(jié)省大量的資金。
　?。?）節(jié)省安裝材料費(fèi)：在此方案下，和常規(guī)設(shè)計(jì)相比，原來從控制室到現(xiàn)場元件的電線電纜變成了現(xiàn)場到現(xiàn)場，距離大大縮短，因此省去了大量的電線電纜。在線槽和電纜方面可以大大減少投資。
　　電纜：無論是動力電纜還是控制電纜，可以節(jié)約將近50%左右，甚至更多。
　　橋架：無論是從控制室和現(xiàn)場，不必再安裝大截面橋架或是線槽，可以統(tǒng)一為200小線槽，而且敷設(shè)米數(shù)也大大降低。同時(shí)減少相應(yīng)的安裝附件和耗材，從而節(jié)省大量的資金。
　?。?）節(jié)省安裝費(fèi)用：在此方案下，因?yàn)闃蚣芎碗娎|用量的大幅減少，隨之帶來安裝、布線、校線的工作量大大的降低，因此施工工時(shí)短用人少，同項(xiàng)相比可減少60%左右的工時(shí)?？捎行У奶崆巴懂a(chǎn)時(shí)間，用時(shí)間創(chuàng)造更大的效益。
　　（3）節(jié)省控制室空間：因?yàn)榭刂频姆稚⑿?，使得系統(tǒng)不再需要大空間的控制室。在控制室內(nèi)的設(shè)備有大量的控制柜變成2個(gè)（總電源柜一臺、分項(xiàng)電源分配柜一臺）。從而在土建上大大降低基礎(chǔ)設(shè)施投資。

　　2：分散的控制方式同時(shí)帶來技術(shù)工作的便利
（1）調(diào)試方便
　　因?yàn)榭刂频姆稚⑿?，使得系統(tǒng)中能夠劃分成更小的單元來進(jìn)行調(diào)試。從而更加靈活機(jī)動。
　?。?）抗干擾性增強(qiáng)
　　因?yàn)楸苊饬诉h(yuǎn)程布線、采用通訊方式，減少了信號電纜干擾。同時(shí)通訊方式的采用更進(jìn)一步降低了干擾的影響。
　?。?）控制風(fēng)險(xiǎn)小，可靠性高
　　因?yàn)榭刂品稚⒒沟靡騿蝹€(gè)設(shè)備或器件故障造成整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)的幾率大大減小，提高了系統(tǒng)的可靠性，可充分的保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)因?yàn)橹髡綾pu的工作量大大的降低，減輕了工作壓力，使得器件運(yùn)行時(shí)更可靠。
　　（4）易于維護(hù)檢修
　　因?yàn)榉稚⒖刂?，使得控制組建可以在系統(tǒng)運(yùn)行下分別進(jìn)行檢修和維護(hù)，而不必安排在高爐停產(chǎn)大修的時(shí)候。