[摘要]鞍鋼燒結(jié)廠球團(tuán)車間包括321.6m2碚燒機(jī)組一臺(tái)，生產(chǎn)工藝包括上料，配料，造球，碚燒爐，成品共五大系統(tǒng)，年產(chǎn)球團(tuán)礦250萬(wàn)噸。原有控制系統(tǒng)采用Bailey公司的Net90控制系統(tǒng)，因年代較早，硬件和軟件不穩(wěn)定，且備件價(jià)格昂貴。因此，燒結(jié)廠決定利用一個(gè)月的檢修期改造原有系統(tǒng)。1999年8月至9月間，更換了原有的18臺(tái)Net90控制柜，并采用了美國(guó)AB的ControlLogix控制系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行至今效果顯著。同時(shí)，因ControlLogix系統(tǒng)的通訊及軟件(以ControlNet和RSView32為核心)的開放性及易擴(kuò)展性，鞍鋼燒結(jié)廠已決定建立全廠范圍的以NT服務(wù)器為中心的二級(jí)管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)。其目的是完成從控制層到管理層的完整的低成本自動(dòng)化
一.球團(tuán)車間控制系統(tǒng)的構(gòu)成
系統(tǒng)的改造利用了原有的控制室空間分別由八個(gè)控制站組成，一號(hào)站(主控室)控制碚燒爐系統(tǒng)，二，三號(hào)站控制配料系統(tǒng)，四，五號(hào)站控制上料系統(tǒng)，六號(hào)站控制成品系統(tǒng)，七號(hào)站控制風(fēng)路系統(tǒng)，八號(hào)站控制造球系統(tǒng)。系統(tǒng)共計(jì)約1600點(diǎn)的DI/DO和530點(diǎn)的AI/AO控制系統(tǒng)由三臺(tái)CPU控制，其中1號(hào)CPU控制碚燒爐東側(cè)風(fēng)路系統(tǒng)和成品系統(tǒng)，2號(hào)CPU控制碚燒爐西側(cè)風(fēng)路系統(tǒng)，3號(hào)CPU控制上料系統(tǒng)，配料系統(tǒng)。在一號(hào)站主控室配置三臺(tái)操作員接口，整個(gè)系統(tǒng)通訊由冗余的控制網(wǎng)ControlNet構(gòu)成(兩根75歐同軸電纜)連成一體，網(wǎng)絡(luò)跨度800米，實(shí)現(xiàn)分布控制，集中管理。控制的對(duì)象是除電除塵器，倉(cāng)庫(kù)吊車之外的所有工藝設(shè)備。
二，碚燒爐系統(tǒng)主要控制原理
1.上料系統(tǒng)
上料系統(tǒng)負(fù)責(zé)向配料系統(tǒng)的礦槽提供鐵料,鐵料來(lái)源主要有兩種，一是由外部供料系統(tǒng)提供鐵料，不需要進(jìn)行干燥，二是自產(chǎn)精礦供料系統(tǒng)提供鐵料，需要經(jīng)過(guò)干燥機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行干燥。該系統(tǒng)根據(jù)料線選擇來(lái)控制上料小車的車位，由礦槽的槽位信號(hào)控制小車皮帶的啟停，系統(tǒng)具有料線聯(lián)鎖功能，有過(guò)載、打滑、堵漏系統(tǒng)保護(hù)和報(bào)警功能，對(duì)圓盤給料機(jī)進(jìn)行下料控制，實(shí)現(xiàn)每個(gè)圓盤配料機(jī)上的兩個(gè)附著式振動(dòng)器的定時(shí)振動(dòng)，對(duì)上料系統(tǒng)中的干燥機(jī)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，包括油泵的的壓力檢測(cè)和運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)，慢動(dòng)停止和油泵壓力足夠大作為干燥機(jī)運(yùn)行的聯(lián)鎖條件，實(shí)現(xiàn)干燥爐的溫度、壓力、煤氣和空氣流量的顯示和控制，干燥爐溫度控制采用PID控制，目的是實(shí)現(xiàn)煤氣的充分燃燒，即干爐溫度高時(shí)，先減小煤氣量，再減小空氣量，而干燥爐的溫度低時(shí)，先增大空氣量，再增大煤氣量。
2.配料系統(tǒng)
配料系統(tǒng)主要任務(wù)是向造球系統(tǒng)礦槽提供混合料，根據(jù)造球系統(tǒng)礦槽的料位，由操作人員設(shè)定上料總量，程序根據(jù)上料總量計(jì)算、分配、控制14個(gè)礦槽的下料量，主要控制內(nèi)容為：（1）系統(tǒng)物料總量實(shí)行大閉環(huán)跟蹤控制；（2）配料設(shè)備起?？刂?；（3）自動(dòng)換槽下料的切換啟?？刂?；（4）下料閉環(huán)調(diào)節(jié)控制；（5）原料礦槽上/下料位控制。
根據(jù)工藝要求，配料設(shè)備啟?？刂婆c造球系統(tǒng)、焙燒機(jī)系統(tǒng)及料流量等有嚴(yán)格的聯(lián)鎖關(guān)系。自動(dòng)換槽是指在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)某一正在下料的礦槽料位到了下限值或與該礦槽配套的配料設(shè)備發(fā)生了某種故障而不能繼續(xù)下料時(shí)，程序根據(jù)與該槽相鄰（前或后）的礦槽的物料品種號(hào)（由人工依配料種類在計(jì)算機(jī)上對(duì)每個(gè)配料礦槽設(shè)定的物料的品種編碼），先（后）啟動(dòng)與該槽具有相同品種號(hào)的配料設(shè)備，后（先）停止該不能繼續(xù)配料的設(shè)備的工作。以保證該物料品種下料量的連續(xù)性和均勻性。圓盤下料量閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)是以電子稱檢測(cè)的實(shí)際下料量（過(guò)程變量）與設(shè)定值作比較，通過(guò)調(diào)節(jié)圓盤給料機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變下料量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)物料流量跟蹤控制是根據(jù)物料平衡的原則，不斷計(jì)算各種物料新的設(shè)定值，使各工作礦槽下料量之和等于需要的總配料量，并能在一個(gè)很小的范圍內(nèi)對(duì)配比實(shí)現(xiàn)微調(diào)。當(dāng)一個(gè)新的配比輸入控制系統(tǒng)時(shí)，控制系統(tǒng)能自動(dòng)使物料料頭料尾對(duì)齊。
3、造球系統(tǒng)
造球系統(tǒng)是按焙燒機(jī)對(duì)物料的需求量確定每個(gè)造球盤的下料量，由操作人員調(diào)節(jié)，混合料投放到造球機(jī)制成生球團(tuán)，生球團(tuán)經(jīng)磙式篩分機(jī)篩分為9mm-16mm之間的合格的生球團(tuán)，通過(guò)擺動(dòng)皮帶將合格生球團(tuán)布到焙燒機(jī)上，不合格的生球團(tuán)經(jīng)散料系統(tǒng)回到造球礦槽。
4、焙燒機(jī)系統(tǒng)
焙燒爐系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)工藝的核心，焙燒爐分為鼓風(fēng)干燥段、抽風(fēng)干燥段、預(yù)熱段、焙燒段、均熱段、冷卻段（圖二）。根據(jù)工藝要求焙燒爐系統(tǒng)具有下列模擬量控制：a)廢氣風(fēng)機(jī)入口閥的調(diào)節(jié)
該控制主要為了保證鼓干段罩內(nèi)壓力為負(fù)壓，防止煙氣外排。為此利用廢氣風(fēng)機(jī)閥控制其開度來(lái)保證罩內(nèi)煙氣不外排，控制負(fù)壓在設(shè)定圍內(nèi)。

b) 鼓干風(fēng)機(jī)冷風(fēng)閥的調(diào)節(jié)
該控制主要為了對(duì)鼓干段內(nèi)溫度進(jìn)行控制，當(dāng)罩內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)，將冷風(fēng)閥打開，以降低風(fēng)溫，保證對(duì)生球料進(jìn)行干燥所需的溫度。

c) 回?zé)犸L(fēng)機(jī)放散閥的調(diào)節(jié)
為了控制抽風(fēng)干燥段的壓力，保證熱風(fēng)壓力維持在一個(gè)恒定值上，壓力檢測(cè)由罩內(nèi)的兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，兩個(gè)壓力信號(hào)平均后進(jìn)行PID控制，PID控制輸出調(diào)節(jié)回?zé)犸L(fēng)機(jī)放散閥。

d) 主抽風(fēng)機(jī)入口閥的調(diào)節(jié)
根據(jù)球團(tuán)生球料層的透氣性來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的閥門，透氣性好壞的依據(jù)是主抽風(fēng)機(jī)的出口溫度，出口溫度增大時(shí)，調(diào)節(jié)閥開度減小，反之增大。

e) 回?zé)犸L(fēng)機(jī)入口閥的調(diào)節(jié)
控制焙燒機(jī)的終點(diǎn)溫度，終點(diǎn)溫度取自N28、N29風(fēng)箱溫度的平均溫度，由操作人員根據(jù)生產(chǎn)情況設(shè)定終點(diǎn)溫度，通過(guò)回?zé)犸L(fēng)機(jī)入口閥的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)終點(diǎn)控制。

f) 回?zé)犸L(fēng)機(jī)冷風(fēng)閥的調(diào)節(jié)
回?zé)犸L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子要求風(fēng)溫最高溫度不能超過(guò)300℃，通過(guò)回?zé)犸L(fēng)機(jī)冷風(fēng)閥開度的調(diào)節(jié)控制回?zé)犸L(fēng)機(jī)出口溫度。

g) 鼓干風(fēng)機(jī)冷風(fēng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)
調(diào)節(jié)鼓干罩內(nèi)的溫度，罩內(nèi)溫度增大時(shí)，調(diào)節(jié)閥開度增大，反之減小。

h) 冷卻風(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)
控制預(yù)熱段爐膛壓力，保證生球團(tuán)料的預(yù)熱效果，爐膛壓力增大時(shí)，調(diào)節(jié)閥開度減小，反之增大。

i) 二冷罩調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)
根據(jù)二冷罩內(nèi)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，壓力增加時(shí)，調(diào)節(jié)閥開度增大，反之減小。

j) 鼓干放風(fēng)閥的調(diào)節(jié)
鼓干放風(fēng)閥根據(jù)N3風(fēng)箱壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，壓力增大時(shí)，調(diào)節(jié)閥開度增大，反之減小。

k) 爐膛溫度控制

爐膛溫度控制主要由控制焙燒段內(nèi)的30個(gè)點(diǎn)火煤氣支管流量和30個(gè)空氣支管流量來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)焙燒段內(nèi)溫度控制點(diǎn)多，分布比較均勻的特點(diǎn)，我們將焙燒段分成八個(gè)燃燒段，每個(gè)燃燒段控制4個(gè)燒嘴，每個(gè)燃燒段的平均溫度TV做為每個(gè)燒嘴的過(guò)程孌量。TV=ΣTn/n (TV：平均溫度，ΣTn:有效溫度和，n：有效溫度點(diǎn)數(shù))。
計(jì)算機(jī)檢測(cè)4個(gè)燒嘴的溫度，對(duì)由于熱電偶損壞或計(jì)算機(jī)線路損壞造成的測(cè)溫不準(zhǔn)，在計(jì)算平均溫度時(shí)將不準(zhǔn)的溫度點(diǎn)濾掉，剩余的溫度點(diǎn)加權(quán)平均。由操作人員設(shè)定每個(gè)燃燒段的溫度，計(jì)算機(jī)根據(jù)每個(gè)燒嘴的實(shí)測(cè)溫度，調(diào)節(jié)點(diǎn)火煤氣閥、點(diǎn)火空氣閥，使每點(diǎn)的溫度都控制在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，直到平均溫度TV與設(shè)定溫度控制在有效的偏差范圍內(nèi)。為了使煤氣充分燃燒，該控制采用串級(jí)PID控制，控制原則是溫度高時(shí)，先減少煤氣量，再減少空氣量；溫度低時(shí)，先增大空氣量，再增大煤氣量。
三，ControlLogix控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)以上所述各工藝設(shè)備的電氣自動(dòng)控制和操作、順序邏輯控制、儀表模擬量監(jiān)控、回路調(diào)節(jié)等功能，對(duì)工藝過(guò)程信息進(jìn)行檢測(cè)、記錄及數(shù)據(jù)的初步處理，執(zhí)行設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)控制及工藝過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)、越限報(bào)警等?？刂葡到y(tǒng)主要包括：
ControlLogix控制系統(tǒng)的控制器Logix5550
Logix5550控制器是32位總線的控制器，可拆卸的模塊化內(nèi)存。單個(gè)控制器的控制能力可達(dá)數(shù)字量25,000點(diǎn)，模擬量4000點(diǎn)。它可以安裝于框架內(nèi)的任何槽位，每個(gè)框架可安裝多個(gè)控制器，該控制器不僅可以控制和組態(tài)本地框架內(nèi)的輸入輸出模板，還可以控制和組態(tài)網(wǎng)絡(luò)上任何遠(yuǎn)程框架上的輸入輸出模板。另外，Controllogix系統(tǒng)具有極強(qiáng)的模擬量和回路調(diào)節(jié)處理能力，先進(jìn)的Producer/Consumer通訊和多任務(wù)控制模式使回路調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，I/O通訊速度更快。
1、 控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet
Controllogix控制系統(tǒng)的ControlNet網(wǎng)打破了PLC系統(tǒng)傳統(tǒng)的Souce-Destination(源-目的地)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和巡檢的通訊模式，而采用了現(xiàn)進(jìn)的Producer-Consumer(生產(chǎn)-消費(fèi))的通訊模式。其支持計(jì)劃性信息和非計(jì)劃性信息的傳輸，用ControlNet取代了以往多種主控網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)的功能。并具備了對(duì)實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)傳遞的確定性，可重復(fù)性和實(shí)時(shí)性要求。ControlNet和ControlLogix框架的連接由模板CNB或CNBR來(lái)實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)用75Ω同軸電纜組成，網(wǎng)絡(luò)每段最大傳輸距離1000M，段與段之間用中繼器可以延伸網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達(dá)到5M/秒，既可以組成單獨(dú)通訊網(wǎng)絡(luò)，也可以組成冗余通訊網(wǎng)絡(luò)。ControlNet網(wǎng)絡(luò)配置的特點(diǎn)是無(wú)論是CPU框架還是遠(yuǎn)程擴(kuò)展框架均由CNB(CNBR,冗余配置)模塊掛在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，然后由軟件進(jìn)行管理擴(kuò)展模塊的歸屬，這一特點(diǎn)使網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和走線十分靈活。該系統(tǒng)還可以用以太網(wǎng)通訊模板和DH+通訊模板做網(wǎng)橋，將ControlNet網(wǎng)分別連到以太網(wǎng)和DH+網(wǎng)上，做到控制網(wǎng)和管理網(wǎng)合二為一。

2、 人機(jī)界面
人機(jī)接口操作系統(tǒng)硬件由工控機(jī)和和內(nèi)置的1784-KTCX卡組成。軟件主要有組態(tài)編程軟件Logix5000，通訊軟件RSLinx，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RSNetworx,畫面監(jiān)控軟件RSView32，每臺(tái)上位機(jī)同時(shí)具備操作站和工程師站功能，可在線切換。RSView32提供友好的人機(jī)界面和方便的操作方式。畫面包括：流程畫面、操作畫面、調(diào)節(jié)畫面、儀表分組畫面、統(tǒng)計(jì)計(jì)算畫面、趨勢(shì)顯示、報(bào)警顯示、報(bào)表畫面等標(biāo)準(zhǔn)功能畫面。其中操作畫面按鈕配有確認(rèn)畫面以減少誤操作可能性，提高系統(tǒng)可靠性。統(tǒng)計(jì)計(jì)算畫面充分利用電腦強(qiáng)大的計(jì)算功能實(shí)時(shí)將配料量及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)計(jì)算出來(lái)，提高生產(chǎn)效率。RSView32支持微軟NT或95，98系統(tǒng)的各類規(guī)范和協(xié)議如OPC，ODBC，ActiveX等。操作站/監(jiān)視站與ControlLogix系統(tǒng)之間以O(shè)PC的方式通訊。3個(gè)上位操作站/監(jiān)視站內(nèi)還配有標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)卡，進(jìn)而接入以NT