馬鋼第三煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐工程采用了當(dāng)今世界上先進(jìn)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，即西門子公司的PCS7控制系統(tǒng)。其中儀控系統(tǒng)在馬鋼公司內(nèi)率先采用了在冶金行業(yè)還較少使用的Profibus-PA總線技術(shù)，徹底改變了傳統(tǒng)的測控模式，使整個儀控系統(tǒng)的技術(shù)檔次躋身于國際先進(jìn)水平。
在其二級控制系統(tǒng)采用了西門子PCS7系列PLC，下掛Profibus-DP網(wǎng)，并通過DP/PA Link（鏈接器）將總線儀控設(shè)備接入工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，真正實現(xiàn)了"集中管理，分散控制"的目的。同時全數(shù)字化通信模式的抗干擾能力強(qiáng)、測量控制精確度高，借助數(shù)字雙向傳輸?shù)奶攸c和先進(jìn)的設(shè)備管理軟件，可實現(xiàn)參數(shù)遠(yuǎn)程給定，采集豐富的儀表信息，有利設(shè)備故障診斷，改善管理狀況。過程控制級由二級計算機(jī)構(gòu)成，通過工業(yè)以太網(wǎng)與基礎(chǔ)級PLC相連，并依靠控制模型和數(shù)據(jù)庫對一級控制系統(tǒng)實施指導(dǎo)、管理和跟蹤。該系統(tǒng)將儀控、電控合為一體，它是具有工廠集成化概念的開放型的工業(yè)控制系統(tǒng)。
一 系統(tǒng)組成
基礎(chǔ)級采用一套PCS7 PLC作為鑄機(jī)的控制器，其CPU類型是AS416-2DP，并帶有通信功能，可與擴(kuò)展單元的IM-153、IM- 157通信卡以及變頻器通過Profibus-DP控制網(wǎng)相聯(lián)，其中擴(kuò)展單元采用ET-200M和鏈接器作為子站。控制軟件為STEP 7，并集成西門子過程設(shè)備管理軟件PDM。控制級采用西門子工控機(jī)作為監(jiān)控站，與PLC通過快速工業(yè)以太網(wǎng)（基于TCP/IP協(xié)議）連接，系統(tǒng)運行西門子公司基于 Windows 2000的PCS7全集成軟件。
1. 硬件構(gòu)成
圖1僅給出了系統(tǒng)與儀表相關(guān)的配置。
其中PC1為上位機(jī)監(jiān)控站，ET200為電控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程站。鏈接器為PCS7的從站之一，同時又是現(xiàn)場總線儀控設(shè)備的PA主站，由網(wǎng)絡(luò)部件耦合器（Coupler）實現(xiàn)所有Profibus-PA總線現(xiàn)場儀表與DP總線的鏈接，在傳輸更多檢測、控制信息的同時亦可獲取總線設(shè)備自診斷信息。整個控制系統(tǒng)中，儀控系統(tǒng)除了和電控公用的操作站以及相應(yīng)的一次檢測元件外，僅有一個現(xiàn)場控制箱。
2. 軟件配置
操作站軟件為PCS7軟件，網(wǎng)絡(luò)平臺為Windows 2000，PCS7自帶數(shù)據(jù)庫，并提供監(jiān)控畫面和PLC組態(tài)工具。PCS7內(nèi)含組態(tài)軟件為STEP7及西門子過程設(shè)備管理軟件PDM。
操作站主要是在用戶和所有系統(tǒng)功能之間提供一個人機(jī)界面，各類人員可通過操作站訪問各自權(quán)限范圍內(nèi)的系統(tǒng)資源。例如：通過操作員可以調(diào)出過程顯示畫面，觀察到過程回路的參數(shù)、狀態(tài)、趨勢和報警情況，實現(xiàn)對過程回路的操作和參數(shù)的調(diào)整。過程工程師可以組態(tài)過程和顯示畫面和過程控制數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行其他各種組態(tài)工作。軟件工程師可以進(jìn)入軟件開發(fā)環(huán)境，編寫、調(diào)試和執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序。
系統(tǒng)維護(hù)人員可觀察到系統(tǒng)各個設(shè)備的工作狀況，并對這些設(shè)備進(jìn)行診斷操作。
二 系統(tǒng)功能
4#轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)工程所有設(shè)備的電氣傳動和儀表控制全部采用集中控制、集中監(jiān)視的方式，實現(xiàn)以PLC為中心的基礎(chǔ)自動化控制。
1. 生產(chǎn)流程分布
（1）主原料系統(tǒng)
鐵水倒罐站；廢鋼供應(yīng)。
（2）副原料系統(tǒng)
熔劑上料（1#皮帶機(jī)～5#皮帶機(jī)）；熔劑加料（4#轉(zhuǎn)爐本體）。
（3）鐵合金系統(tǒng)
轉(zhuǎn)爐鐵合金供應(yīng)、加料。
（4）4#轉(zhuǎn)爐及輔助設(shè)施
轉(zhuǎn)爐本體；底吹系統(tǒng)；頂吹氧氣和濺渣護(hù)爐；轉(zhuǎn)爐和氧槍冷卻水；活動煙罩與爐口煙道之間的水封；活動煙罩、氧槍口、加料口的冷卻水；氮封系統(tǒng)；爐下車輛。
（5）4#吹氬站
合金加料；頂吹氧氣、氬氣；底吹氬氣。
2. 頂吹信號顯示與自動調(diào)控
a. 信號顯示與調(diào)控
氧氣總管調(diào)壓閥閥前（氣源）壓力指示、記錄；氧氣緊急切斷閥開/關(guān)狀態(tài)指示與聯(lián)鎖；氧氣總管調(diào)壓閥閥后壓力指示、記錄、調(diào)節(jié)；氧氣總管壓力調(diào)節(jié)閥閥位顯示；氧氣支管流量指示、記錄、調(diào)節(jié)、補(bǔ)正計算；氧氣支管流量調(diào)節(jié)閥閥位顯示；氧氣支管切斷閥閥后（吹氧管入口）壓力指示、記錄；氧氣支管切斷閥閥位顯示；累計一爐鋼水用氧量：4000Nm3/爐；累計一爐吹氧時間。
b. 報警及聯(lián)鎖
氧氣氣源壓力低限值報警；氧氣氣源壓力低-低值（LL）報警及聯(lián)鎖控制（與氧槍升降裝置聯(lián)鎖）；氧氣支管入口壓力低限報警；氧氣支管入口壓力低- 低值報警及聯(lián)鎖（與氧槍升降裝置聯(lián)鎖）；氧氣支管流量低限報警；氧氣支管流量低-低值報警及聯(lián)鎖；快速提槍并關(guān)閉支管切斷閥。
3. 底吹信號顯示與自動調(diào)控
底吹信號顯示、自動調(diào)控、報警及聯(lián)鎖，與頂吹基本相同。
4. 過程現(xiàn)場總線配置
儀控系統(tǒng)全部通過Profibus-PA現(xiàn)場總線方式完成檢測與控制。
雖然耦合器可直接掛在DP網(wǎng)上，但要占用一個DP地址，且無法擴(kuò)充，而每個鏈接器可擴(kuò)充5個耦合器，并且在非防爆區(qū)每個最多可掛接30臺非防爆現(xiàn)場總線儀表，所以在平衡經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)可擴(kuò)充性的前提下，采用了一個鏈接器配幾個耦合器的硬件配置模式。整個系統(tǒng)采用了Profibus-PA總線線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在這種模式下，PA總線上的智能總線儀表的地址編號將不受DP地址編號的限制，可以在相應(yīng)的耦合器下任意編址，有利于總線設(shè)備的擴(kuò)充和維護(hù)。
三 系統(tǒng)特點
由于采用了Profibus-PA現(xiàn)場總線技術(shù)，所以全部檢測與控制儀表均采用了全數(shù)字化通信的智能儀表，從而極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
（1）可靠性高
在整個轉(zhuǎn)爐上下平臺之間，網(wǎng)絡(luò)線取代了所有常規(guī)控制儀表使用的控制電纜，而且所有測控元件均以并聯(lián)方式掛接在一根網(wǎng)絡(luò)線上，并以數(shù)字通信方式與上位計算機(jī)交換檢測與控制數(shù)據(jù)，同時測控元件內(nèi)部的故障自診斷功能，可將設(shè)備隱患信息在發(fā)生故障前預(yù)報給上位機(jī)，提醒工程人員及時進(jìn)行排除，確保生產(chǎn)安全順暢。
（2）精確度高
由于采用數(shù)字通信方式，所以實際的采樣精確度和控制精確度均非模擬信 號可比，技術(shù)水平完全進(jìn)入了另一個全新領(lǐng)域，為生產(chǎn)工程師提供了準(zhǔn)確的生產(chǎn)參數(shù)，有利于優(yōu)化產(chǎn)品，控制生產(chǎn)成本和節(jié)能、降耗。
（3）系統(tǒng)擴(kuò)展靈活
PA通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點就是測控元件，所以任意節(jié)點的增加或刪除都不會影響網(wǎng)絡(luò)的整體性能。通過在DP網(wǎng)線上增減若干鏈接器，就可增加或刪除若干組 PA網(wǎng)絡(luò)，每組PA可擴(kuò)展30個測控元件，便于系統(tǒng)擴(kuò)容和工藝流程的優(yōu)化。PA網(wǎng)絡(luò)可分布在工廠的任何位置，這樣，與分散在各地的各種設(shè)備連接更為簡單。
（4）降低工程造價和工程量
在轉(zhuǎn)爐上下平臺之間測點分散且各自相對集中，若采用常規(guī)計算機(jī)控制方案，不但布線復(fù)雜、橋架林立，而且故障排除時間長，不利于自動控制過程的快速恢復(fù)。采用Profibus-PA現(xiàn)場總線技術(shù)，將極大地節(jié)省電纜、橋架的材料費和基建安裝量，同時也取消了控制站上輸入/輸出組件，節(jié)省了機(jī)柜，減小了控制室的面積。
四 結(jié)束語
馬鋼第三煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)在實現(xiàn)"三電一體化"的基礎(chǔ)上，成功地將Profibus總線技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)全過程，提高了系統(tǒng)的控制水平和可靠性，同時降低了運行成本。與常規(guī)系統(tǒng)相比，僅儀控系統(tǒng)就比原概算節(jié)省30%的投資。另外，內(nèi)嵌的過程設(shè)備管理軟件PDM，減少了所需其他軟件的種類，也降低了相關(guān)軟件費用。尤為重要的是，由于現(xiàn)場總線儀表具有自診斷功能，因此，可以預(yù)先診斷和維護(hù)在線設(shè)備，提前排除故障、減少停機(jī)時間，提高了生產(chǎn)的安全性，同時大大降低了系統(tǒng)運行、維護(hù)費用，為整個高效連鑄機(jī)的安全順產(chǎn)提供了重要的技術(shù)保障。