要：主要介紹了霍尼韋爾公司的Experion PKS在鞍鋼新2#高爐的開發(fā)應(yīng)用，分析了系統(tǒng)構(gòu)成,通信結(jié)構(gòu)及該系統(tǒng)的功能特點。同時以爐頂控制系統(tǒng)為例說明了DCS系統(tǒng)的具體功能開發(fā)應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：高爐；PKS；以太網(wǎng)；TCP/IP；
1引言 鞍鋼新2號高爐有效容積3200M3，為了滿足控制和管理的需要以及自動化系統(tǒng)設(shè)備的合理性和經(jīng)濟(jì)性，本高爐自動化系統(tǒng)采用DCS自動控制系統(tǒng)，并預(yù)留上級計算機(jī)數(shù)據(jù)通訊的接口。根據(jù)工藝的情況及其控制要求,我們選用Honeywell公司全新的功能強(qiáng)大的Experion Process Knowledge System(PKS)控制系統(tǒng),對鞍鋼新2#高爐系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視與控制,使高爐得以安全穩(wěn)定的生產(chǎn),并能迅速達(dá)到或超過設(shè)計指標(biāo),為鞍鋼創(chuàng)造更大的效益。
PKS系統(tǒng)作為HONEYWELL公司新推出的開放型控制系統(tǒng)，以WINDOWS2000為操作系統(tǒng)，包含了新設(shè)計的混合型控制器（HYBRID CONTROLLER）CPM和實時控制網(wǎng)（CONTROLNET）以及的工程工具和應(yīng)用軟件包，成為新一代系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。
2系統(tǒng)要求 2.1系統(tǒng)的可靠性 為了保證高爐安全、連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，控制站的電源、CPU、網(wǎng)絡(luò)通信接口模件、操作員站的網(wǎng)絡(luò)通信接口模件、實時數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)接口均冗余配置，所有控制站控制模件可帶電插拔；操作員站可互為備用。
2.2系統(tǒng)的操作性 為了便于高爐生產(chǎn)過程的操作管理，采用多窗口CRT操作站進(jìn)行生產(chǎn)過程的顯示、設(shè)定、操作、報警。各CRT操作站的配置對應(yīng)工藝設(shè)備對象，互為備用，面向生產(chǎn)操作。
2.3系統(tǒng)的維護(hù)性 系統(tǒng)具有很強(qiáng)的自診斷功能，自動向操作維護(hù)人員指示故障點及故障原因，以便操作人員在帶電狀態(tài)下進(jìn)行維護(hù)，縮短系統(tǒng)故障恢復(fù)時間，不影響生產(chǎn)操作的正常運行。
2.4系統(tǒng)的開放性 系統(tǒng)具有很好的開放性，以便于與相關(guān)的其他計算機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
2.5系統(tǒng)的擴(kuò)展性 采用快速以太網(wǎng)，可以方便地增加控制站、工作站，以適應(yīng)擴(kuò)大系統(tǒng)的功能和控制管理范圍的需要。
3 PKS系統(tǒng)配置 對新2號高爐主工藝的三電自動化控制系統(tǒng)特點的分析已經(jīng)知道，納入三電一體化自動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制和監(jiān)視的主工藝流程包括：高爐礦焦槽及上料系統(tǒng)；無料鐘爐頂系統(tǒng)；熱風(fēng)爐及余熱回收系統(tǒng)；高爐本體及出鐵場系統(tǒng)；煤氣清洗系統(tǒng)；其中電流4—20MA模擬量輸入點533個，熱電偶T/C模擬量輸入點815個， 熱電阻RTD模擬量輸入點140個，電流4—20MA模擬量輸出點146個，數(shù)字量（DI）輸入點1905個，數(shù)字量（DO）輸出點634個，總的I/O點數(shù)為4173個，為了考慮系統(tǒng)升級及I/O點的損壞情況，系統(tǒng)配置時有20%的余量，實際配置I/O點總數(shù)為5136個。
新2號高爐主工藝控制系統(tǒng)在系統(tǒng)功能上由二級組成，即：基礎(chǔ)自動化級和過程控制級，如圖1所示。 基礎(chǔ)自動化級完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集和初步處理，數(shù)據(jù)顯示和記錄，數(shù)據(jù)設(shè)定和生產(chǎn)操作，執(zhí)行對生產(chǎn)過程的連續(xù)調(diào)節(jié)控制和邏輯順序控制，主要由六臺控制站，一個遠(yuǎn)程I/O控制站，九臺以工業(yè)PC機(jī)為硬件平臺的操作員站，二臺工程師站，二臺服務(wù)器，CONTROLNET網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)連接裝置，以及打印機(jī)等設(shè)備組成。 過程控制級完成生產(chǎn)過程的操作指導(dǎo)、作業(yè)管理、模型計算、技術(shù)計算、數(shù)據(jù)處理、編制各種生產(chǎn)報表、存儲、留有與其它計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的接口，主要由二臺過程計算機(jī)服務(wù)器，二臺PC客戶機(jī)（操作終端），一臺歷史站服務(wù)器，打印機(jī)共同組成。服務(wù)器和客戶機(jī)、打印機(jī)通過以太網(wǎng)與基礎(chǔ)自動化級相連，形成整個高爐過程控制計算機(jī)系統(tǒng)，整個過程控制計算機(jī)系統(tǒng)留有今后開發(fā)高爐專家系統(tǒng)的接口和與全廠管理計算機(jī)系統(tǒng)的通信接口。
PKS系統(tǒng)主要完成工藝生產(chǎn)過程中的過程監(jiān)視與控制,各工藝設(shè)備運行狀況的監(jiān)視與邏輯控制,工藝生產(chǎn)及工藝設(shè)備的安全連鎖控制等.除此之外PKS系統(tǒng)還能完成聯(lián)網(wǎng)通訊、共享數(shù)據(jù)，并完成常規(guī)儀表所無法實現(xiàn)的中央統(tǒng)一顯示、操作，以保證工藝裝置正常穩(wěn)定地工作。
PKS系統(tǒng)由于采用了先進(jìn)的計算機(jī)系統(tǒng)硬件與特有軟件，使整個系統(tǒng)具有安全,可靠,靈活,方便的特點,并為復(fù)雜控制的算法提供了條件。使整個控制、顯示與操作實現(xiàn)全數(shù)字化、全屏幕化，為高爐系統(tǒng)安全,高效的生產(chǎn)提供了必要的條件。
為保證系統(tǒng)的萬無一失,確保生產(chǎn)的穩(wěn)定安全,控制器(CPM),通訊網(wǎng)絡(luò)及電源均選擇冗余配置,而且冗余的控制器,控制網(wǎng)絡(luò),電源之間必須做到無擾動切換。根據(jù)高爐主系統(tǒng)的工藝具體情況,以及I/O點的具體分布,共設(shè)置4對冗余控制器(CPM/過程控制站)及1個遠(yuǎn)程站,過程控制站具體配置如下: 礦焦槽及上料系統(tǒng)控制站(CPM1)；礦焦槽及上料系統(tǒng)遠(yuǎn)程站(CPM1－REMOTE)；無料鐘爐頂控制站(CPM2)；熱風(fēng)爐控制站(CPM3)；高爐本體及出鐵場控制站(CPM4)。選擇功能強(qiáng)大的混合型控制器,保證系統(tǒng)地穩(wěn)定和擴(kuò)展,且系統(tǒng)可利用率達(dá)到100%。冗余過程控制站及冗余服務(wù)器,均由實時性強(qiáng),通訊速度快的ControlNet相連,以確保系統(tǒng)的安全可靠,實時控制。設(shè)置1臺歷史站，用于長期歷史數(shù)據(jù)存儲。歷史站配置Wonderware INSQL 及OPC LINK軟件。采用實時控制網(wǎng)(ControlNet)和監(jiān)督控制網(wǎng)(冗余以太網(wǎng)),使控制層與人機(jī)界面之間有效的結(jié)合起來。
4 爐頂控制系統(tǒng) 高爐操作從料單開始，爐長根據(jù)高爐實際情況，決定高爐的裝料制度及布料的方式。高爐料單從中控室下到槽下，槽下系統(tǒng)則根據(jù)料單的內(nèi)容備料，然后將備好的料存放在中間料斗。經(jīng)過上料系統(tǒng)，爐頂控制系統(tǒng)即開始運轉(zhuǎn)。爐頂系統(tǒng)主要設(shè)備有：上部料罐、上部料閘、上密封閥、稱量料罐、下部料閘、下密封閥、布料溜槽、探尺、放散閥、均壓閥及煙氣回收閥構(gòu)成。爐頂設(shè)備同樣有三級操作:現(xiàn)場操作箱操作；CRT集中手動操作；CRT全自動操作。在正常生產(chǎn)時為全自動運轉(zhuǎn)。
4.1爐頂工藝單元電氣控制功能描述 當(dāng)上部料罐料滿、稱量料罐料空時，就可以放料到稱量料罐。放料前必須將稱量料罐內(nèi)卸壓至常壓，打開放散閥，11秒后如果稱量料罐內(nèi)壓力達(dá)到常壓，系統(tǒng)發(fā)出“排壓OK”信號，然后再開啟上密封閥。上密封閥開到位后，再將上部料閘打開，開始放料。布料方式分為兩種：時間布料和重量布料。重量布料具有準(zhǔn)確、快捷的優(yōu)點，在稱量罐電子秤正常工作時，通常都采用重量布料。只有當(dāng)稱量罐電子秤故障時采用時間布料。
當(dāng)稱量罐裝滿料后，系統(tǒng)同時完成以下幾步動作：關(guān)閉上料閘、關(guān)閉放散閥、關(guān)閉上密封閥。等待探尺到達(dá)料線。啟動布料溜槽傾動，到達(dá)一個布料傾角。當(dāng)放散閥、上密封閥關(guān)閉后，稱量罐開始均壓，均壓完畢后開下密封閥，同時關(guān)閉均壓閥。當(dāng)爐內(nèi)操作料線到達(dá)后，提升探尺至等待位置，等待起始角度。當(dāng)布料溜槽旋轉(zhuǎn)經(jīng)過起始角度時，這時下部料閘打開，開始布料根據(jù)爐況的要求，布料方式具體可以分為四種：螺旋布料、單環(huán)布料、扇形布料和點布料。當(dāng)稱量罐發(fā)出料空信號后，將下部料閘全部打開，然后關(guān)閉下部料閘，下部料閘關(guān)閉后，關(guān)閉下密封閥，同時下降探尺跟蹤料面。這時整個布料過程完畢，如圖2所示。
<font size="2PKS（過程知識系統(tǒng)）是一個規(guī)?？勺兊?、基于各種知識驅(qū)動的控制系統(tǒng)平臺。SCM是PKS系統(tǒng)中專門為順序控制而設(shè)計的一種控制功能算法。SCM 遵循S88.01 標(biāo)準(zhǔn)，除正常處理外還包括異常處理能力。當(dāng)用戶規(guī)定的異常條件發(fā)生時，程序轉(zhuǎn)去執(zhí)行一個替換的處理序列。異常處理支持重啟動能力，從中斷點或任意需要的步驟重新啟動順控程序的執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)的異常處理器包括檢查、中斷、重啟動、保持、停止、中止等。在公司的硝銨、甲醛、二聚和空分裝置中都用了SCM順控模塊實現(xiàn)流量的累積和分子篩順序控制。
2 SCM的架構(gòu)
SCM是一個容器，包含一個或多個Handler的容器。
每個SCM至少有一個MainHandler，但它可有多個Main Handler和可選的exception handlers。
每個Handler由多個transitions、steps 和synchronization blocks組成。
SCM只能允許一個Handler在運行，其它的Handler（已組態(tài)且有過程條件）只能等待。
當(dāng)指定的條件滿足，則Main Handler的順控程序停止，exception handler(Abort, Stop, Hold, and Interrupt) 開始順序執(zhí)行異常程序。
3 SCM的Handler
