1 前言
上鋼一廠新建2500m3高爐已於1999年10月8日順利點火投產，該高爐在自動化控制系統方面充分吸收了國內、國外的先進經驗，無論在控制系統的構成上，在控制功能上，還是在系統操作水平上，都處於當今世界先進水平。
2 工藝概況
高爐年產生鐵175萬噸。有燒結礦槽5個，塊礦槽5個，雜礦槽4個，小粒度礦槽及小塊焦槽各1個，焦槽5個，採用小粒度礦回收技術。礦石和焦炭經中間料斗，經上料皮帶機至爐頂。爐頂為串罐式無料鍾爐頂，採用高壓操作技術，爐頂壓力通過減壓閥組進行調節。煤氣清洗採用一級重力除塵（DC）和兩級文氏管（VS）濕式除塵。高爐有30個風口，富氧、加濕送風，並採用了噴煤（PCI）技術。分南、北雙出鐵場，有3個出鐵口，用260噸魚雷式混鐵車運輸鐵水。用英巴法處理水渣，南、北出鐵場各設置一套水渣處理系統。有四座內燃式熱風爐，採用燃燒餘熱回收技術，燃燒高爐煤氣；送風方式有單爐送風、冷並聯送風、熱並聯送風三種。
3 自動化控制系統構成
高爐採用美國西屋公司的WDPF II Plus分散式控制系統（DCS）進行自動化控制。該控制系統具有以下特點：
(1) 通用性強，開放性好，能兼容不同製造商的自動化設備（如AB公司PLC，遵從FF協議的智能儀錶等）；並能通過TCP/IP協議與管理計算機實現通信。
(2) 控制系統所特有的分散式資料庫結構，減少了集中式資料庫所帶來的風險，使用戶能很容易地訪問資料庫。資料庫中的每一點包含了該點的全部信息，只要該點在資料庫中定義，整個系統均可訪問它。
(3) 與採用PLC+DCS結構形式的控制系統相比較，控制系統的分散式結構克服了電氣和儀錶專業分工明顯，系統網路結構複雜，網路介面通信速度慢的缺點，使用戶能更有效地利用系統資源，提高了系統的易維護性和控制的實時性，有利於實現三電一體化的目標。
納入控制系統控制的工藝範圍包括：高爐礦石及焦炭儲備及輸送系統，上料系統，無料鍾爐頂系統，高爐本體系統，出鐵場系統，煤氣清洗系統，熱風爐系統，水渣系統，煤粉製備及噴吹系統，並預留了爐頂余壓發電（TRT）系統的控制設備。控制系統在系統功能上由兩級組成。
第一級為基礎自動化級，主要完成生產過程的數據採集和初步處理、數據顯示和記錄，生產操作，執行對生產過程的連續調節控制和邏輯順序控制。共配置了15台控制站（DPU），9台以SUN工作站為硬體平台的操作員站（其中2台兼作工程師站，用於系統組態及軟體維護，1台帶有37(大屏幕顯示器)，配置了5台印表機和1台硬拷貝機（分別用於報警信息列印和畫面硬拷貝列印），以及高速數據通信匯流排（Wesnet Plus）等。每個DPU控制站硬體按冗餘方式配置，包括冗餘的Intel CPU、分散式數據存儲器、通信控制器、電源，以及非冗餘的I/O模件（可帶電插拔），輸入接線端子（Half-Shell），輸出繼電器等；軟體包括DPU系統固化支持程序，分散式資料庫程序等。每個操作員站硬體包括冗餘的分散式數據存儲器、通信控制器，以及非冗餘的RISC CPU、20(CRT顯示器（帶觸摸屏功能）、電源、硬碟、滑鼠、工程師鍵盤、操作員鍵盤等；軟體包括工程師/操作員系統支持程序， Unix操作系統。操作站之間可互為備用。高速數據通信匯流排（Wesnet Plus）通信方式為按時間分片進行數據廣播的方式，通信介質室內部分採用同軸電纜，室外部分採用光纖。採用乙太網進行文件傳輸，並與其它系統之間通信留有介面。
第二級為過程式控制制級，主要完成生產過程數據設定、操作指導、作業管理、控制計算、數據處理及存儲。過程式控制制級共配置了4台SUN工作站，用於高爐生產過程數據設定、操作指導、作業管理、控制計算、數據處理及存儲；配置了2台印表機和1台硬拷貝機（分別用於報表信息列印和畫面硬拷貝列印）；配置了2台PC終端機，通過調製－解調（Modem）方式，實現與高爐原燃料供應系統（原料場）的數據通信。
控制系統中各單元通過高速數據匯流排Wesnet Plus和乙太網進行通信。採用不間斷電源裝置（UPS）供電，停電保持時間不小於30分鐘。控制系統結構及設置場所圖略可向作者索取。
控制系統設備按不同的控制對象，設置在相應的電氣室或控制室中，個別遠程I/O設置在現場。
4 主要控制功能
在分配15台分散式控制站（DPU）的控制功能時，我們打破了傳統按電氣－儀錶專業分工的界限，按照高爐各個工藝組成單元進行分配。各個DPU主要控制功能如下：
DPU1：進行礦石儲備及輸送系統設備運行狀態、稱重數據採集和初步處理；礦石給料機、振動篩、稱量料斗閘門、礦石輸送皮帶機、轉換溜槽等設備的順序運轉控制；礦石稱量方式控制；稱量料斗排料順序控制；礦石輸送皮帶機上原料模擬跟蹤控制；稱量料批管理；設備故障報警處理等。
DPU2：進行焦炭儲備及輸送系統設備運行狀態、稱重和水分數據採集和初步處理；焦炭振動篩、焦炭輸送皮帶機、轉換溜槽等設備的順序運轉控制；礦石稱量誤差補正控制；焦炭稱量誤差補正控制；焦炭水分補正控制；稱量料批管理；設備故障報警處理等。
DPU3：進行上料系統設備運行狀態數據採集和初步處理；礦石中間料斗閘門、焦炭稱量料斗閘門、上料皮帶機、上料皮帶機清洗閥等設備的順序運轉控制；爐頂裝料方式控制；裝料方式預約變更控制；裝料數據跟蹤控制；上料皮帶機上原料模擬跟蹤控制；裝料料批管理；設備故障報警處理等。
DPU4：進行高爐本體系統溫度數據採集和初步處理。
DPU5：進行爐頂系統設備運行狀態、稱重數據採集和初步處理；爐頂旋轉料罐、上部料閘、上密封閥、均壓閥、排壓閥、下密封閥、料流調節閥、密封閥蒸汽加熱閥、布料溜槽、探尺等設備的順序運轉控制；爐頂時序控制；爐頂均排壓控制；爐頂稱量壓力補正控制；布料方式控制；布料定位控制；特殊布料控制；料流調節閥自學習控制；布料溜槽傾動角度補償控制；設備故障報警處理等。
DPU6~7：進行高爐本體系統現場壓力、流量數據採集和初步處理；爐頂洒水控制；爐頂煤氣成分分析；爐喉十字測溫；爐身煤氣成分分析；風口及爐身冷卻板檢漏；爐身差壓監視及透氣性指數計算；故障報警處理等。
DPU8：進行高爐爐頂及煤氣清洗系統溫度、壓力、流量數據採集和初步處理；風口及爐身冷卻板檢漏；爐頂壓力控制；文氏管洗滌器水位控制；文氏管洗滌器煤氣差壓控制；文氏管洗滌器喉口差壓控制；故障報警處理等。
DPU9：進行用於熱風爐系統換爐控制設備運行狀態數據採集和初步處理；排壓閥、充壓閥、煙道閥、冷風閥、熱風閥、高爐
煤氣燃燒閥、高爐煤氣切斷閥、高爐煤氣吹掃閥、助燃空氣燃燒閥、燃燒煤氣放散閥、排壓主閥、煙氣旁通閥、煙氣切斷閥、預熱空氣切斷閥、助燃空氣旁通閥、預熱煤氣切斷閥、高爐煤氣旁通閥、熱風放散閥、助燃風機等設備的運轉控制；送風方式控制；換爐控制；設備故障報警處理等。
DPU10：進行熱風爐系統燃燒控制溫度、壓力、流量數據採集和初步處理；燃燒控制；送風溫度控制；故障報警處理等。
DPU11：為TRT預留。
DPU12：進行兩個系列噴吹煤粉的製備系統設備運行狀態數據採集和初步處理；磨煤機、給煤機、密封風機、助燃風機、煤粉風機、煙道閥、乾燥爐放散閥、煤粉輸送機等設備的運轉控制；設備故障報警處理等。
DPU13：進行兩個系列噴吹煤粉溫度、壓力、流量、稱重數據採集和初步處理；總管及噴吹量控制；支管及噴吹量控制；總噴煤速率控制；故障報警處理等。
DPU14：進行北水渣及北出鐵場系統設備運行狀態、溫度、液位、流量、稱重數據採集和初步處理；轉鼓過濾器、爐渣輸送皮帶機、粒化泵、粒化水循環泵、底流泵、加壓泵、擺動溜槽、沖制閥、集水槽回水閥、成品槽水清洗閥、氣控管路閥、事故閥等設備的運轉控制；出渣方式控制；轉鼓調速控制；水渣設施運行程序控制；設備故障報警處理等。
DPU15：進行南水渣及南出鐵場系統設備運行狀態、溫度、液位、流量、稱重數據採集和初步處理；轉鼓過濾器、爐渣輸送皮帶機、粒化泵、粒化水循環泵、底流泵、加壓泵、擺動溜槽、沖制閥、集水槽回水閥、成品槽水清洗閥、氣控管路閥、事故閥等設備的運轉控制；出渣方式控制；轉鼓調速控制；水渣設施運行程序控制；設備故障報警處理等。
5 軟體編製
軟體編製在工程師站上進行。編製完成的程序通過工程師站分別下裝到控制站和操作站中。由於資料庫是控制系統的核心，軟體編製開始前必須先完成資料庫的定義。只有在資料庫中有定義的點，才能在軟體編製過程中被引用。
運用梯形圖、迴路圖和控制演算法進行組合的方式編製控制站程序。每一幅梯形圖、迴路圖以及每一個控制演算法中的控制點都可以通過自己在系統中的唯一點名，與其它控制調節迴路、控制演算法、以及操作站畫面進行鏈接。
控制系統運用基於Auto CAD的圖形編輯器（Graphics Builder）進行畫面程序的編製。在開放式Auto CAD環境下，以對話窗口的方式，利用系統標準的或用戶自定義的圖形庫、顏色庫、線型庫、填充型式來生成圖形畫面。生成的畫面圖形文件以Auto CAD的文件格式儲存在硬碟上，需編譯成系統標準格式后，才能下裝到操作站中。
6 控制方式
控制系統主要控制方式有“自動”，“手動”，“非常手動”，“現場”四種。
在“自動”控制方式下，控制系統按照預先設定的生產方案，自動完成所有控制及監視功能。
在“手動”控制方式下，控制系統按照操作員在CRT操作站上發出的操作指令，逐步完成所有控制及監視功能。
“非常手動”用於高爐休風操作，控制系統不參與控制與操作，操作員在緊急操作台上發出操作指令，通過繼電器迴路完成休風操作過程。
在“現場”控制方式下，控制系統不參與控制與操作，操作員在現場操作箱上發出操作指令，通過繼電器迴路完成控制及監視功能。“現場”控制方式主要用於設備檢修與調試。
7 操作方法及畫面類型
操作人員在控制室通過操作站對各工藝系統進行集中操作和監視。操作人員用鍵盤移動游標或通過滑鼠，點擊畫面上各工藝系統或設備操作＂激活＂區，彈出操作子畫面窗口，按操作提示進行生產操作。一台操作站上可以同時監控4幅不同的畫面，畫面之間可通過菜單畫面或直接鏈接實現快速轉換。
除上述在操作員站上進行的全CRT操作方法以外，在高爐中控室設有爐頂及熱風爐緊急操作台，以備高爐停電、控制系統故障、緊急休風時的應急處理。緊急操作台為安裝有操作按鈕、轉換開關及信號燈的常規操作台。進行緊急操作時，在操作員站上進行的操作無效。
主要畫面類型有：
(1)菜單畫面;(2)系統總體監視畫面;(3)系統局部監視畫面（含操作子畫面）;(4)系統選擇畫面;(5)設定畫面;(6)控制迴路顯示畫面（含設定值?過程變數?輸出值的棒圖及數值顯示）;(7)動態趨勢顯示畫面（含實時的和歷史的）;(8)報警畫面;(9)設備運行維護畫面;(10)操作指導畫面
8 系統抗干擾措施
高爐各個工藝單元分佈較廣，現場干擾源較多。為保證控制系統的正常運行，避免因外界干擾引發設備的誤動作及系統站點通信中斷的＂掉站＂現象，我們在設計中非常注意外界干擾可能對系統運行帶來的影響。具體措施有：
（1）控制系統採用隔離變壓器供電，減少電氣雜訊。
（2）設置單獨的接地系統，使控制系統機櫃與安裝構件絕緣，做到系統接地與工廠常規接地嚴格分開。
（3）所有來自現場的信號均通過信號隔離器和中間繼電器隔離。
（4）室外敷設的通信匯流排採用光纖。I/O接線採用屏蔽電纜。
由於採用了上述抗干擾措施，使系統從調試到投產整個過程，一直運行平穩，極少損壞模板，也沒出現＂掉站＂等不正常現象。
9 結束語
高爐投產至今，控制系統一直正常穩定運行，高爐各項生產指標均已達到設計要求，創造了良好的經濟效益。
