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PCS7自定义功能库的开发及在承钢2500m3高炉中的应用

作者:芦小雨,中冶京诚工程技术有限公司2008.09.26

  摘要:介绍承钢2500m3高炉基础自动化控制系统及其网络配置CONTROL ENGINEERING China版权所有,根据所配PCS7系统的特点开发了用户自定义功能库。系统顺利投产,该库的使用很大的提高了软件工作效率,便于统一维护程序库,集中更新,保证了多项目数据的一致性。
1. 项目简介
  承钢5号高炉炼铁车间的规模为一座2500m3高炉及其所属辅助设施。主要工艺包括:2500m3高炉主体工艺设施CONTROL ENGINEERING China版权所有,其中炉顶采用无料钟串罐方式,热风炉系统采用3座顶燃式热风炉和2座预热炉的方式;高炉循环水泵站;高炉喷煤制粉站;高炉除尘设施;槽上供料设施,鼓风机站,空压机站,锅炉房等。本项目的控制范围涉及上述工艺系统及其所属辅助工艺设备。工艺总貌如图1所示。
  承钢5号高炉的基础自动化控制系统是典型的电仪合一的大型高炉控制系统,具有较高的控制水平,系统包括:矿槽控制系统、炉顶控制系统、高炉本体控制系统、热风炉控制系统、出铁场控制系统、布袋除尘控制系统、水冲渣控制系统、煤粉制备控制系统、煤粉喷吹控制系统、高炉水处理控制系统、鼓风机站及其水处理控制系统、煤气柜控制系统、锅炉控制系统等。

  图1高炉工艺总貌
  图1:高炉工艺总貌

2. 控制系统构成
  本工

程的控制系统考虑了SIEMENS公司"全集成自动化"的理念,不仅选用了标准的PCS7控制控制站和操作站及相应软件,还选用了SCALANCE系列的网络产品,其中包括冗余AS控制器4套,标准AS控制器11套CONTROL ENGINEERING China版权所有,具有热插拔功能的ET200M单元62套,Y-Link耦合器1套,OS SERVER 硬件及软件1对(套),OS CLIENT硬件及软件10套,OS 单站硬件及软件14套,ES 工程师站硬件及软件9套,SCALANCE各系列交换机21台以及网络附件若干。控制系统配置图如图2所示:(公辅系统从略)

图2控制系统配置图
图2:控制系统配置图

  各控制站、控制站与操作站之间采用工业以太网连接。其中,高炉主体部分为1000M光纤环网,操作站为SERVER/CLIENT结构CONTROL ENGINEERING China版权所有,设有冗余SERVER对和工程师站,在PlantBus和TerminalBus环网中选用了SCALANCE X414-3系列的1000M冗余管理型交换机;其它公辅系统以100M光纤星型方式接入主环网,该部分选用了SCALANCE X200系列的交换机。
  控制器部分,对于矿槽系统、炉顶系统、高炉本体系统、热风炉系统等高炉主体部分选用AS417-4-2H组件包(双电源模块、双CPU模块,双以太网通讯模块、双PROFIBUS通讯网络),其它公辅系统选用AS414-3组件包。ET200M I/O部分选用带有热插拔功能的有源背板和具有高性能的接口模块IM153-2HF,对于热备系统则选用双电源模块、双总线接口模块。
  工程师站、操作员站(包括SERVER、CLIENT、单站)均选用预装有PCS7软件的SIEMENS IL43系列工控机。
  对于热备系统的PROFIBUS网络,选用Y-LINK将具有PROFIBUS接口的传动装置和编码器接入并实现切换的功能。
  本系统还留有于二级系统的网络接口,通过SCALANCE X200系列交换机连接至主环网并通过SCALANCE S硬件防火墙隔离。
3. 控制系统完成的功能-用户自定义功能库
  在PCS7所提供的功能库的基础上,我们对其进行了延伸和扩展,开发了适合冶金行业特别是高炉控制方面的自定义功能库。通过使用该功能库,工程师一次性的编程即可完成如下工作:
  ·AS控制器中运行的过程控制回路控制算法;
  ·针对控制回路在上位机中相关画面下对应的监视回路图标;
  ·控制回路在上位机中对应的操作及参数设置子画面;
  ·控制回路对应的相关报警信息、趋势归档及用户操作记录等。
  如图3所示的矿槽系统流程图中包括了各种电机、电磁阀、电动阀等69个电气回路,都是通过在CFC中调用自定义功能库中相应类型的功能块并编译OS自动上传至流程画面的。下面结合不可逆电机块MOTOR_NR介绍自定义功能库实现的功能。

图3矿槽系统流程图
图3:矿槽系统流程图

  3.1.AS中的功能块类型(block types)
  首先需要定义功能块的特性、声明功能块参数和本地变量。在这部分中,我们注重考虑了功能块头和功能块参数中报警和OCM(operator control and monitor)这两个属性,以便可以将需要的变量状态和报警消息显示在block icon或faceplate上。例如电机的运行状态、连锁状态、处于何种被控方式、是否处在报警状态等,都可以通过定义功能块管脚的OCM属性上传。还定义了功能块管脚的文本属性,从而可以在功能块实例对应管脚的属性对话框中组态用于在OS上显示的文本。如图4中所示CONTROL ENGINEERING China版权所有,由于在声明参数属性的代码中定义了参数MONITOR、TIME_ON的文本属性,因而可以在MONITOR管脚的

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