引言

隨著自動化技術(shù)應(yīng)用的擴大，自動化系統(tǒng)變得越來越大，采用傳統(tǒng)集中式I/O模塊布置的方法已經(jīng)難以滿足用戶要求，在浪費大量有色金屬電纜同時使現(xiàn)場信號衰減，長電纜容易引入干擾，且如果斷線或短路后查找故障位置困難。在通訊和電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，采用現(xiàn)場總線技術(shù)在信號采集點附近配置分布式I/O已經(jīng)是大勢所趨。宜科（天津）電子有限公司在實施的河北某鋼廠新建的45t氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼自動控制系統(tǒng)中采用與西門子產(chǎn)品相結(jié)合的FC200分布式I/O模塊，實現(xiàn)了系統(tǒng)的可靠運行。

1 、現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線是以單個分散的數(shù)字化智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，用總線相連接實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。曾有機構(gòu)作過傳統(tǒng)系統(tǒng)與使用Profibus系統(tǒng)的費用預(yù)算，在相同功能及點數(shù)情況下，Profibus總線系統(tǒng)比傳統(tǒng)4~20mA系統(tǒng)節(jié)約工程費，安裝費及硬件費共計約43％以上。

FC200分布式I/O模塊產(chǎn)品，支持多種工業(yè)總線： Profibus、DeviceNet、CanOpen、Interbus、工業(yè)以太網(wǎng)等，有豐富的I/O模塊，齊全的功能模塊：通訊、驅(qū)動、高速計數(shù)等，緊湊設(shè)計，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，節(jié)約空間，背板總線設(shè)計，靈活擴展，可快速、簡易安裝在標準35mmC型導(dǎo)軌；卡簧接線排，方便接線；高運行穩(wěn)定性；編程兼容Siemens Step7等軟件；支持Step7的CiRcuit（運行中配置硬件設(shè)備）功能，可在以后改造時不停機添加新的I/O配件；具有良好的性價比。

2 、系統(tǒng)構(gòu)成

2.1系統(tǒng)硬件配置

該轉(zhuǎn)爐煉鋼自動化控制系統(tǒng)項目主要由本體PLC、風(fēng)機房PLC、汽化冷卻PLC、散料上料PLC子系統(tǒng)組成。除本體采用S7-400的414-3PLC以外，其余子系統(tǒng)采用S7-300的315-2DP的PLC。本體PLC下帶六個FC200的Profibus-DP分站，其余PLC各帶兩個FC200的Profibus-DP分站。整個系統(tǒng)共配置的I/O模塊點數(shù)如表1所示。

表1

本體I/O分站采取就近放置原則，最大限度地減少現(xiàn)場電纜長度，為用戶節(jié)約電纜及橋架硬件投入和施工費用。FC200模塊標準35mmDIN導(dǎo)軌安裝，單槽模塊寬度僅為25.4mm，高度和深度分別為76mm，占用柜體空間很少。前端接線端子為彈簧夾式，實現(xiàn)安全免維護接線。拔下前端接線端子即可更換模塊，維護方便?，F(xiàn)場儀表中壓力變送器使用ELCO公司的PS604系列，具有醒目的可旋轉(zhuǎn)紅色LED顯示，不銹鋼外殼適合冶金現(xiàn)場惡劣的環(huán)境。PS604壓力變送器通過ECP系列配電器接入附近的I/O分站。

PLC系統(tǒng)及I/O分站系統(tǒng)的接地與低壓系統(tǒng)及變頻器系統(tǒng)分開，消除由于共接地系統(tǒng)引起的干擾問題。

2.2 參數(shù)設(shè)置

在STEP7硬件組態(tài)中，F(xiàn)C200的AI-BD40模塊可設(shè)置電流輸入的類型，AI-BF00可設(shè)置熱電阻或熱電偶輸入，打開或關(guān)閉斷線監(jiān)測功能，以及每秒的測量轉(zhuǎn)換次數(shù)，使用戶在精度和速度之間權(quán)衡。AO-BD40模塊可設(shè)成4~20mA或0~20mA輸出。一般把不用的模擬量通道取消激活，提高系統(tǒng)檢測速度。

3、編程要點

（1）氧槍下槍聯(lián)鎖與故障自動提槍聯(lián)鎖

氧槍下槍吹煉要具備很多條件才能進行，條件不具備輕則會損壞氧槍，重則造成炸爐事故。同理當(dāng)正在吹煉時當(dāng)出現(xiàn)故障要能自動提槍，以便保護系統(tǒng)。當(dāng)條件不具備時PLC鎖定輸出后，為讓操作人員迅速找出原因，并在必要時解除聯(lián)鎖，為此在上位機畫面上用復(fù)選框做出選擇畫面并指示狀態(tài)，如圖1所示。

在圖1中，左邊方框為復(fù)選框，右邊圓圈在條件滿足時改變顏色以提醒用戶，圖中淺灰代表綠色，深灰代表紅色。

（2）散體下料振料設(shè)定及下料累計

用戶要求給料振打能根據(jù)稱量斗的值和設(shè)定值自動停振，且在稱量斗放料后能累計放料的料種和放料量，為此在編程中設(shè)置兩套比較系統(tǒng)，分別由振斗工作狀態(tài)和放料閥工作狀態(tài)來啟動。

（3）和其它子系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)

本體PLC系統(tǒng)與其它配套系統(tǒng)如散料上料PLC、風(fēng)機房PLC、汽化冷卻PLC系統(tǒng)因距離較遠，均用光纖和環(huán)網(wǎng)交換機聯(lián)成100M以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，故子系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)通過環(huán)網(wǎng)完成，速度快，抗干擾能力強，當(dāng)環(huán)網(wǎng)中一點斷開時不影響使用。

編程使用STEP7中的SFB14（讀）和SFB15（寫）塊，在子系統(tǒng)中（如風(fēng)機房PLC）設(shè)定用于通訊的DB塊，這樣可把風(fēng)機房中一次轉(zhuǎn)塵風(fēng)機的轉(zhuǎn)速傳至本體PLC上做聯(lián)鎖使用。

（4） 和鋼水測溫槍數(shù)據(jù)連接

每爐鋼吹煉后都要測量鋼水溫度，以確定是否到達吹煉終點。測溫槍每爐的測溫數(shù)據(jù)要傳入PLC并記錄在上位機的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，方便檢索。傳統(tǒng)的4~20mA傳輸會因零點及其它干擾原因存在偏差，這在用戶方面是不允許的。因此這個項目中直接把測溫槍的BCD碼數(shù)據(jù)接入FC200的NPN型的DI輸入模塊，在編程時再把BCD碼轉(zhuǎn)為二進制歸檔。

（ 5 ）吹氧吹氮時間計時

轉(zhuǎn)爐氧槍下槍吹煉后需要計算吹氧時間，濺渣時計算吹氮時間；如果用系統(tǒng)時間來實現(xiàn)比較復(fù)雜，本項目采用兩個計數(shù)器，分別定義為秒計數(shù)器和分計數(shù)器，當(dāng)下槍吹煉的標志出現(xiàn)時，使用PLC屬性自定義的秒脈沖來驅(qū)動秒計數(shù)器，滿60秒后產(chǎn)生脈沖驅(qū)動分計數(shù)器，簡單可靠。吹煉的標志采用氧氣或氮氣快速切斷閥開到位信號及氣體流量達到一定值時同時驅(qū)動，避免由于閥開位信號或流量信號出現(xiàn)問題時使計時停止的問題。

4、使用效果

當(dāng)需要實現(xiàn)新的工藝而增加新的受控設(shè)備時，就要對原控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)進行更改。本轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)利用宜科（天津）電子有限公司FC200分布式I/O模塊產(chǎn)品結(jié)合西門子的控制系統(tǒng)的CiR功能實現(xiàn)了在轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)過程中，進行硬件組態(tài)更改，如FC200分布式I/O模塊的添加、刪除和重新參數(shù)化，甚至增加或減少若干FC200控制分站時無需停機和設(shè)備重啟，不會造成控制系統(tǒng)的死機，縮短了調(diào)試時間，無需中斷當(dāng)前的轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)過程，減少了停機損失。這樣，新工藝新技術(shù)就得以最快速度的實現(xiàn)，提高了鋼廠快速適應(yīng)市場變化的能力。

經(jīng)過半年的運行使用，F(xiàn)C200現(xiàn)場總線模塊工作穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)自身原因的質(zhì)量問題，整個自動化系統(tǒng)運行可靠，保證煉鋼生產(chǎn)的進行，同時為用戶節(jié)約了大量的電纜投資和安裝費用。FC200與其它IP20分布I/O相比，具有體積小巧、安裝密度大、節(jié)約柜體空間、性價比高，得到用戶的廣范認可。

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