宝钢1#高炉三电控制系统配置及其特点

2019-03-11 19:03:00
宝钢 1#高炉三电控制系统配置及其特点 竺联祥 孙 伟 李 华 孟昭明 摘要:宝钢 1#高炉经过大修于 1997 年 5 月 25 日顺利点火投产,其三电 摘要 控制系统在功能分配上为分级式层次结构,由过程控制级和基础自动化 级组成; 在系统配置上采用惠普 HP 9000/800 计算机, 安川 CP-3500H PLC 及横河 CENTUM-CS 集散控制系统组成三电一体化系统。 提高了控制水平, 在节能、省力和确保炉况顺行等方面上了一个新台阶。 关键词: 关键词:高炉 三电控制系统 系统配置 The features and configuration of EIC control system for Baosteel No 1 blast furnace Zhu Lianxiang Sun Wei Li Hua Meng Zhaoming (Beijing Central Engineering and Research Incorporation of Iron and Steel Industry of MMI Beijing 100053) Abstract Baosteel No 1 blast furnace had its successful overhaul and was blown-in on May 25, 1997. In view of functional distribution the EIC control system is a hierarchical structure which consists of process computer control level and basic automation level. As for system configuration, Hewlett-Packard HP-9000/800 process computer, Yaskawa CP-3500H PLC and Yokogawa CENTUM-CS DCS, have been adopted to build up an EIC integrated control system, which has upgraded the No1 BF control level and serves to promote a great step in saving energy, saving manpower as well as securing furnace operating smoothly. Key words blast furnace; EIC control system; system configuration 宝钢原有 1#高炉容积为 4063m3,是现代化大型高炉之一,经过 14 个月的大修于 1997 年 5 月 25 日顺利点火恢复生产[1]。 宝钢 1#高炉工程 是带有改造性内容的原样大修,工程重点是修,其工艺流程图如图 1 所 示,特点是:1)大修后高炉容积不变,保留原有工艺流程不变,保留大 部分设备作原样修复或更新,如高炉上料设施,炉顶双钟四阀设备,高 炉本体(包括炉壳、36 个风口、4 个出铁口、炉身探针装置、炉身压力分 布检测及温度检测装置)等。2)采用高炉长寿化技术,如更换优质耐材炉 衬和冷却系统使一代炉龄可达 12~15 年。3)新增炉前铁水脱硅、大剂量 (200kg/t)煤粉喷吹、 矿槽上部除尘等设施及出铁场平坦化改造和相应的 公用设施改造等,提高了高炉生产综合水平。原有 1 套重油喷吹装置暂 时保留,待煤粉喷吹投运后再停止喷油以降低焦比。4)在热风炉系统中, 原有的 4 座外燃式热风炉、2 台助燃风机不变,改善热风短管及余热回 收装置,燃气来源除原有高炉煤气和焦炉煤气外,增加了转炉煤气,保 留原单炉送风和交叉并联送风等方式。 图 1 宝钢 1#高炉工艺流程图 ——炼铁厂范围内;......炼铁厂范围外;1VS-2VS 一/二 文丘里管洗涤塔;TRT-高炉煤气余压发电装置 对于三电控制装置,除 1#高炉各电气室及传动设备、热风炉一次仪 表、水渣控制装置检修留用外,主工艺线三电控制装置在大修工程中全 部更新换代为三电一体化系统,包括高炉装料系统、高炉本体(包括出铁 场)、煤粉喷吹和制备、煤气清洗、TRT(余压发电)、热风炉及其余热回 收装置等的三电控制装置。因此,大修工程三电系统设计必须满足原有 设备更新改造和新增工艺设备要求,并处理好新旧设备衔接及各种接口 关系,以使大修后三电控制系统在控制水平、节能、省力和确保炉况顺 行等方面上一个新台阶。以下仅就系统配置及其特点进行叙述。 1 系统功能和配置特点 宝钢 1#高炉大修的三电系统在功能分配上是分级式层次结构,高层 次是过程控制级,低层次是基础自动化级(包括设备控制级和检测驱动 级)。在配置上选用惠普 HP-9000 计算机,安川 CP-3500H 控制系统和横 河 CENTUM-CS 集散控制系统组成三电一体化系统,其系统配置如图 2 所 示。 图 2 宝钢 1#高炉大修工程三电控制系统配置图 注 1:电气紧急操作台的连线参见图 3;注 2:仪表紧急操作台和继电器 盘的连线参见图 4 系统配置的主要特点有: (1)满足了工艺要求。 除常规工艺要求外还满足了大剂量喷煤、 脱硅、 TRT 等要求。 (2)实现了新一代三电一体化。本系统通过高功能、大容量的 MMI 人机接口装置及使用 EIC 统一通信网络 V-NET,将 MMI 和计算机系统连 接在同一条以太网上以进行数据和画面的高速传送,使操作工能在一幅 画面上同时了解 E、I、C 的信息,提高了集成度,精简了 MMI 的台数, 实现了三电一体化。 (3)方便的 CRT 显示操作方法。 可利用操作键或触摸画面的操作来达 到多窗口画面显示,并采用 70in(1778mm)大屏幕显示装置,灵活醒目, 方便操作。 (4)高可靠的二重化(冗余化)系统结构。关键的 E、I 控制单元和 V-NET 网是二重化系统,过程控制计算机是双机系统,MMI 可互为备用, 构成简单而可靠的系统。 (5)大量采用网络技术。过程级与外部通信采用以太网、TCP/IP 协 议,使高炉过程控制机能与其他单元及上位管理机进行信息通信,以便 形成铁区乃至全厂综合管理。过程级与基础自动化级之间采用 V-NET 网 实现三电一体化,设备级采用现场总线等。 (6)具有 AI(人工智能)专用开发工作站。为完善高炉操作指导专家 系统提供了条件。 [2 ] 2 高炉过程控制级 [2 ] 2.1 应用功能 本级主要完成生产过程优化控制、操作指导、作业管理、模型控制、 数据处理和储存、与上级铁区管理计算机以及其他计算机之间的数据通 信,包括原料料仓数据处理、称量和装入数据处理、热风炉数据处理及 模型、出铁渣数据处理、工艺设备管理、高炉本体数据处理、喷煤过程 数据处理、报表处理、画面显示及输入处理、系统外部数据通信处理、 过程数据输入输出处理、高炉数学模型、日以上数据处理和人工智能等 子系统及计算式集、系统应用公用子程序集和各子系统公用子程序集。 2.2 系统硬件配置及通信 (1)系统配置 如图 2 所示,本级采用 2 台主计算机(惠普 HP-9000 系列 800E 级服 务器,内存 192MB)通过以太网组成双机系统,与 2 台工作站(1 台为 HP-9000/700 系列的 AI(人工智能)工作站、1 台为同系列的开发维护用 工作站)、 台 X 终端、 台微机、 台打印机服务器(附 5 台串行打印机、 3 1 3 1 台硬拷贝机、3 台激光打印机)、1 台程序开发服务器(附 6 台终端)和 系统通信装置等组成客户/服务器体系结构。 服务器侧承担数据库共享、 数据处理、实时控制、信息管理和画面报表软件包的共享等任务。客户 侧都是智能终端,承担画面报表、背景编制等任务。 (2)通信 过程控制级的外部通信,即 1#高炉与铁区管理机、铁水管理机、生 产管制中心、原料及焦化 5 处计算机的通信,实现了原料的正常供给和 铁水对下面工序的合理分配。通信选用 DEC 公司的 HUB-900 多路开关通 信单元和 1 台网络管理微机, 与前 3 处的通信采用光纤分布式接口(FDDI) 方式,与后 2 处的通信采用点对点(MODEM)方式,通信协议为 TCP/IP。 过程控制计算机系统与基础自动化级电气自动控制和仪表自动控制 系统的通信中,计算机实时数据采集和给电气、仪表的设定数据都是通 过 ACG(网关)及 V-NET 网传送,而计算机计算结果数据和画面则通过以 太网传到 MMI 上。 2.3 系统软件配置 (1)配有操作系统(HP-UX10.10 版),采用 C 语言(C/ANSIC)和 FORTRAN 语言(FORTRAN/9000)。 (2)平台软件如 DATACELL 实时数据库、CENTUM-CS 通信软件包、实 时程序控制软件包、画面显示软件包、通用调度程序包(含错误管理Ⅱ、 消息管理功能)、报表程序包等。 (3)转接软件(可将两台主机组成双机系统,当在线主机故障时能自 动切换到从机)以及窗口拷贝工具软件等。 (4)开发维护用工作站及 AI 工作站各配有操作系统(HP-UX10.10 版),采用 C 语言和 FORTRAN 语言,其中 AI 工作站还配有 Nexpert 专家 系统开发工具软件。 3 基础自动化 基础自动化级(包括设备控制级和检测驱动级)主要进行电气自动控 制、顺序及逻辑控制和仪表自动控制,对工艺过程信息进行检测、显示、 记录及数据初步处理,执行设备运转控制及工艺过程自动调节、越限报 警等。 3.1 电气控制系统 (1)应用功能 如图 3 所示,电气控制系统包括设备控制级和检测驱动级。本着电 仪一体化原则,电气控制系统侧重传动系统的控制,同时也接入相关的 仪表(如原料装入系统的电子秤、 焦炭中子测水仪和探尺料位计[3]等)检 测信息,各子系统功能如下。 图3 基础自动化级电气控制系统结构图 原料装入系统 包括槽下供配料系统(矿槽和焦槽的设备连锁控制 和称量控制,含称量补正及焦炭水分补正,上料周期控制,操作数据设 定,设备状态监视,故障处理,数据整理及传送),主皮带上料及炉顶装 料系统(焦炭称量斗及矿石中间漏斗设备的连锁控制, 上料胶带运输机的 连锁控制和原料跟踪,炉顶设备连锁控制,装料方式设定控制等)。 热风炉系统 包括热风炉设备(送风顺序控制, 换炉控制, 休止控制, 数据整理设定和传送,设备状态监视,故障处理等)及热风炉余热回收装 置(设备连锁控制,设备状态监视,故障处理)。 附属设施 包括南北出铁场脱硅设备(连锁控制,操作数据设定,设 备状态监视,故障处理,数据整理及传送)及除尘系统(炉顶除尘控制, 南北出铁场除尘控制,脱硅除尘控制,矿槽上部除尘控制)。 煤粉喷吹及制粉系统 包括设备连锁控制,操作数据设定,设备状 态监视,故障处理。 (2)系统配置 在电气控制系统中共采用了 4 台 CP-3500H 控制器、4 台编程器及其 配套装置。 PLC 01 原料装入系统 具有二重化 3 CPU 主机结构,其本地 I/O 柜连接炉顶装料设备,远程 I/O 柜连接原料称量装置。 PLC 02 热风炉系统 具有二重化单 CPU 主机结构,其本地 I/O 柜 连接热风炉设备,远程 I/O 柜连接热风炉余热回收装置。 PLC 03 附属设施 具有单路 2 CPU 主机结构,其本地 I/O 柜连接 炉顶除尘设备,远程 I/O 柜连接南北出铁场脱硅设备、除尘设备及矿槽 除尘设备。 PLC 04 煤粉喷吹(PCI)系统具有二重化 2 CPU 主机结构,其本地 I /O 柜连接煤粉喷吹、制粉设备。 以上系统共用 I/O 点约 5681 点, 其中 AI 152 点、 52 点、 4224 AO DI 点、DO 1248 点、PI(脉冲输入)5 点。 3.2 仪表控制系统 如图 4 所示,仪表控制系统包括设备控制级和检测驱动级。高炉所 要检测参数甚多,为此,设有大量常规仪表和特殊仪表,这些是实现高 炉控制所必须的,参见表 1。 图4 基础自动化级仪表控制系统结构图 本着电仪一体化原则,仪表控制系统侧重热工检测、控制和集中监 视,同时也包括相关的顺序控制和连锁控制等。 (1)应用功能 表 1 主工艺线特殊仪表主要设备表 名称 主要技术规格 数量 备注 原料称量系统 含脱硅用 9 套 其中机械杠杆式 10 套,全电子式 11 套 21 套 电子秤 大和衡器厂产品 焦炭中子水分计 高炉煤气气相 色谱仪 高炉炉身煤气 成分分析仪 送风湿度计 特殊型热电偶 0~10% CO,CO2,N2,H2 CO,CO2,H2 5~50g/m3 2套 3 套 横河 GC1000 型 3 套 红外型及热导型 1套 28 支 辐射高温计 氧化锆废气 O2 浓度计 电液执行机构 鱼雷罐车铁水 液面计 电导率仪 余压发电装置 检测仪 800~1600℃ 0~5%~10%~25% O2 含供油系统等 压头,和算箱,显示转换器 8套 4套 36 套 NIRECO(日)产品 8 套 大和衡器厂产品 4套 1套 高炉本体仪表系统 冷却系统水温、压力、流量测量,冷却系统与 炉体热负荷计算,炉身静压测量,炉身采样煤气分析,风口检漏,炉体 冷却水及炉衬温度测量报警,炉缸及炉底炭砖温度测量报警,风口热风 流量测量,冷风温度压力及加湿控制,热风温度控制及压力检测等。 炉顶系统 炉顶煤气成分分析,炉顶温度分布检测装置,炉顶装料 均排压控制,炉顶压力控制,炉顶打水控制等。 煤气清洗系统 重力除尘器灰位检测及连锁,1VS 及 2VS 水位检测, 文氏管煤气差压检测及控制,除尘器进出口温度、压力、流量测量等。 余压发电 TRT 透平转速控制,负荷控制,紧急开放阀控制,氮轴 封差压控制,密封缸液位控制,振动监视,轴位移监视等。 南北出铁场 渣铁沟温度测量,铁水液面测量,铁水温度测量,炉 前脱硅剂称量等。 重油喷吹系统 重油总管流量控制,重油支管流量控制,吹扫顺序 控制,连锁控制等[4]。 热风炉系统 燃烧控制,送风温度控制,炉壳温度检测,拱顶温度 检测,废气温度检测,废气含氧量测量,各种管道的参数检测,安全连 锁和报警以及余热回收装置的仪表检测控制。 煤粉喷吹系统 总管喷吹量控制,支管喷吹量均匀性控制,总喷煤 速率控制等。 (2)系统配置 在仪表控制系统中共采用了 6 台 CENTUM-CS 现场控制站及其配套装 置。 FCS 01 高炉本体控制站 具有双主机(标准型主存 12MB),双 V-NET 网、双 RIO-总线、附扩展柜 TBC。 FCS 02 高炉炉顶/煤气清洗/TRT 控制站 具有双主机、双 V-NET 网、双 RIO-总线、附扩展柜 TBC。 FCS 03 出铁场/重油喷吹控制站 具有双主机、 V-NET 网、 RIO双 双 总线。 FCS 04 热风炉/余热回收/送风控制站 具有双主机, V-NET 网、 双 双 RIO-总线。 FCS 05 温度监视控制站 具有单主机(标准型主存 12MB)、双 V-NET 网、单 RIO-总线、附屋外型远程 I/O 站。 FCS 06 煤粉喷吹(PCI)控制站 具有双主机、双 V-NET 网、双 RIO- 总线、附扩展柜 TBC。 以上各站共使用 I/O 点约 3497 点,其中 AI 1662 点、AO 201 点、 DI 1041 点、DO 593 点。 3.3 人机接口操作设定部分 基础自动化级的人机接口操作设定部分,主要是指操作站、工程师 工作站、V-NET 和 E-NET 通信网、打印机及电源装置等。 (1)操作站 装有 7 台 CP-5700 型 MMI 人机接口作为三电控制系统的操作站。它 提供用户友好的人机界面,装有丰富的标准操作画面,有总貌显示、分 组显示、控制显示、调整显示、趋势显示、报警概略等标准画面功能, 操作工可同时监控 4 幅画面。MMI 通过多功能开关可把画面切换到大屏 幕上去。 (2)工程师工作站 装有 2 台惠普 HP715/64 型工程师工作站(EWS)。 它通过 E-NET 及网 关与 V-NET 相连,可用来为 MMI 及 FCS 应用软件编程、组态,具有和 CP-5700 类似的操作系统和软件开发性能。 (3)V-NET 和 E-NET 通信网 基础自动化级装有双重化的 V-NET 通信网和单路的 E-NET 通信网。 V-NET 网与 CP-5700、CP-3500H、FCS 的 VIF(V-NET Interface)接口卡相 连,并经过网关与计算机、工程师站相连,构成三电一体化控制系统。 其传送速率为 10Mb/s,令牌传递方式,最远可达 20km。 E-NET 通信网是连接各 CP-5700 操作站及工程师站的网络系统,主 要用于各站之间信息传递并共享打印机、硬拷贝机等。E-NET 的传送速 率为 10Mb/s,距离可达 185m。 本系统还配备有紧急操作台、继电器盘以及专用的 UPS 不间断电源 装置等。 4 结束语 宝钢 1 高炉大修工程竣工点火投产两周后即达到日产铁 8116t 的设 3. 计产量,高炉利用系数 2.01t/(m .d),创造了宝钢高炉开炉以来最好实 绩,并且一直维持稳定顺行状态[5]。经过半年的连续运行,三电系统运 行稳定正常,计算机控制模型投入运行,三电系统对高炉稳定顺行、节 能和生产合格铁水发挥的作用日趋明显。1997 年 11 月 19 日至 12 月 19 日对高炉本体三电系统设备进行的考核验收表明,各项技术性能指标满 足要求。通过半年来安全运行和三电系统设备考核验收,也说明本高炉 大修工程三电系统设计的设备选型和配置合理,设备性能先进可靠,监 控画面功能健全,保证了高炉生产运行和操作维护的需要。 作者简介: 作者简介:竺联祥,男,1926 年生,教授级高级工程师,主要从事冶金 自动化设计、项目管理、咨询等工作 作者单位:竺联祥 孙 究总院 北京 100053 伟 李 华 孟昭明 冶金部北京钢铁设计研 # 参考文献 1 徐守厚,蔡可信,周治中,等.1 号高炉大修实绩.宝钢技术,1997, (6):1~6 # 2 李 华,杨荣荣.宝钢 1 高炉大修工程过程计算机系统简介.钢铁厂 设计,1998,(1):26~29 3 3 米向荣.宝钢 4060m 高炉炉体探尺控制.钢铁厂设计, 1998, (2): 36~ 40 # 1998, (1): 4 罗 钢.宝钢 1 高炉大修工程喷吹重油控制.钢铁厂设计, 22~25 5 刘振均, 金觉森, 胡伯康.宝钢 1 号高炉(第二代)开炉实践.宝钢技术, 1997,(6):5~7 编辑:沈黎颖
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