图尔克现场总线在高炉上料系统中的应用

谢绍文

摘 要：以福建三安钢铁有限公司1#高炉系统为例，介绍了图尔克现场总线在高炉上料系统中的应用。此工程于2012-07正式投入生产，整个系统的自动化程度高，系统运行稳定、可靠，操作、维护简便。

关键词：现场总线；高炉上料系统；网络结构；控制仪器

中图分类号：TF321.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.092

1 图尔克现场总线简介

现场总线技术于20世纪70年代诞生，具有多方面的优越性，得到了大范围的推广，引导了自动控制领域的一场革命。本文主要介绍了图尔克现场总线技术在高炉上料中的应用。

现场总线FF（Field Bus）的概念起源于20世纪70年代。当时，主要考虑将操作室的现场信号与控制仪器的控制信号以数字信号的形式由1组总线传送，不必每个信号都要用1组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能。

由全数字现场控制系统代替数字和模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制和生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场的生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS或PLC的3层网络结构变为2层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制与管理一体化的结构体系。

2 控制系统综述

高炉上料系统包括矿槽和炉顶两个区域，所包含的设备比较分散。如果采用传统的控制系统，则敷设的电缆和施工量将大大增加。因此，为了简化控制系统，降低施工量，在此次高炉上料系统中采用了图尔克现场总线设备。

图尔克公司的总线模块通过采用一种开放型的Profibus-DP现场总线协议与控制器通讯，现场信号采集模块通过具有IP67防护等级的IO预铸电缆连接外部设备。

总线模块包括3个主要部分：①网关模块。主要负责完成开放型现场总线系统之间的所有通讯任务。在整个总线系统中它作为扫描器/检测器控制系统内部的所有通讯设备和网络。②总线上的每一个站点均包含通讯和IO采集模块，包括开关量输入、开关量输出、开关量输入/输出、模拟量输入和模拟量输出。③终端电阻。在总线网络的终端位置接入终端电阻，相应站点为此总线的终点，从而提高总线通讯的稳定性。

3 系统组成

3.1 主站

主站采用西门子公司高可靠性的S7-400可编程逻辑控制器，PLC主站通过CPU自带的Profibus-DP通讯接口与图尔克现场总线通讯，并采用以太网通讯模块CP433-1通过交换机与上位机通讯。主站指可编程逻辑控制器（PLC）、上位机，完成总线通信控制与运算收集的信号，并发出设备控制指令。

3.2 从站

从站用于采集现场设备和仪表的状态信号、参数和将控制系统发出的控制命令发送到设备所对应的执行机构。从站可分为以下4种方式：①西门子PLC本身带有IO子站，可分为S7400、S7300和S7200，IO子站可作为Profibus-DP上的从站之一。PLC主站通过IO子站采集现场的设备状态和参数，并发出设备控制指令。正控制系统的硬件组态均在主站中完成。西门子PLC的硬件组态直接在Step7调用对应的硬件进行组态。图尔克现场总线设备的组态要预先导入图尔克提供的GSD文件，这样在Step7组态软件中才找到相应的硬件列表，最终完成组态。②现场I/O总线模块。它用于连接控制系统中的各种现场设备，按照主站发出的指令驱动现场设备，并将I/O输入和故障诊断等住处反馈至主站。现场总线从站的IO地址由主站组态时统一分配，这样在主站编程时使用分散式I/O与使用主站的I/O没有区别。③带有Profibus-DP通讯接口的驱动器、传感器和执行机构等现场设备。它们在主站上完成硬件组态和参数设置。④操作站人机接口界面采用西门子公司的上位机监控软件WINCC6.0；工程师站采用的编程软件为西门子的S7 V5.5.

高炉上料系统的PLC组态如图1所示。

另外，整个高炉上料控制系统设置了4台上位机，分为2个操作站。其中，一台操作站设置在矿槽上料操作室，主要完成矿槽上料和炉顶布料的监控和运行；另外两台设置在高炉主控室，其中，一台用于监控上料系统的运行状况，不参与操作，另外一台作为工程师站或备用。上位机可显示所有设备的运行状态和每个检测参数，且每个检测参数均设置了实时趋势和历史趋势，以便于查询。在该系统中，可记录每一个报警信息，操作人员可查询设备在什么时间发生了什么故障，以方便维修人员维护和检修设备。

4 结束语

经生产实践证明，图尔克现场总线与中控室CPU之间的通讯连接未出现问题，整个系统的稳定性高，可通过现场模块的指示灯查找现场设备的故障点，客户对控制系统非常满意；而不足之处在于设计时矿槽称重仪表、液压站阀台电磁阀控制采集未采用TURCK现场 PROFUBUS总线的方式，导致中央控室内的电缆数量较多，但类似的问题在后续的项目中我们会作出相应的改进。

〔编辑：张思楠〕

Abstract： In 1# blast furnace system in Fujian iron and Steel Co. Ltd. as an example， introduces the application in the system of Turck Fieldbus in blast furnace. This project formally put into production in 2012-07， the whole system of the automation degree is high， the system is running stable and reliable operation， easy maintenance.

Key words： field bus； blast furnace feeding system； network structure； control instruments