450m3高炉自动控制系统技术方案第一章方案综述1、概述1.1 系统范围：该系统范围为高炉基础级自动化三电控制部分，即：仪表、电气、计算机。

主要有：槽下高炉上料、炉顶控制系统，高炉本体测控系统，热风炉控制系统，煤气干式净化控制系统，供料控制系统，系统网络通讯等系统的基础级自动化控制。

1.2 设计选型原则（1）尽量采用先进、成熟、可靠的控制技术，本着经济实用、安全可靠及先进的原则，集多年冶金自动化系统设计、维护之经验,进行系统优化设计，实现低成本、高效率自动化系统；（2）采用三电（EIC）一体化控制，主体工艺采用三电合一（EIC）的控制思想，实现仪表、电气及自动控制系统的集成控制。

系统采用集散型PLC实现分布式网络控制，确保系统运行稳定可靠；（3）为确保系统具有良好的匹配性，PLC系统、电气及标书内的仪表设备分别尽量选用同一厂家产品；（4）上位机、PLC之间的通讯采用工业以太网结构，确保系统具有良好的开放性；（5）方案设计充分考虑节能降耗，减少电磁干扰，提高系统的稳定性；（6）在完成基础级自动化的基础上，统一规划网络结构，预留与企业管理级系统的通讯接口。

对于本项目共分为高炉本体、高炉炉顶上料、热风炉、煤气干法除尘、供料控制系统等五个部分，涉及到仪表、电气和PLC自动化系统等三个方面。

2、PLC系统配置PLC控制系统由4套单独PLC构成，按工艺流程分：槽下上料、炉顶布料系统；高炉本体工艺参数采集和控制系统；热风炉数据采集与功能控制系统；煤气净化系统；上料系统、高炉本体系统、热风炉系统的PLC以及各自的监控站通过工业以太网连接在一起。

热风炉PLC本体PLC上料PLC热风炉监控站本体监控站上料监控站除尘监控站除尘PLC热风炉操作室炉长操作室工业以太网组网结构图系统采用西门子S7-400／S7-300系列PLC，编程软件采用STEP7 V5.3,监控软件采用WINCC6.0中文版。

PLC与上位机间采用以太网通讯模式，PLC与PLC之间同样采用以太网通讯模式总线结构。

在高炉上料值班室、高炉工长值班室之间采用双绞线以太网，高炉工长值班室与热风炉值班室、除尘值班室通过光纤连接，采用Dlink工业光纤口以太网交换机,高炉上料值班、热风炉值班室设置工业以太网交换机。

PLC系统I/O余量大于10% 。

HMI操作配备7台操作站。

上料控制室安装2台上位监控机；高炉本体2台上位监控机放于工长值班室内；热风炉2台上位机放置于热风炉控制室内；煤气净化系统上位机1台放置于煤气净化控制室。

上位机采用研华工控机，21吋飞利浦纯平显示器，均采用当前流行配置。

针对现场的实际情况，上料值班室安置1个仪表柜，主要是10台称量斗和两个中间仓的重量变送；还设有上料远程PLC柜和继电器柜组成分布式系统，通过Profibus与炉长室的上料本地PLC柜通讯。

炉长室设有上料本地PLC柜，负责上料和炉顶设备的控制；还设有本体PLC 柜和信号隔离柜负责高炉本体的监控；HMI操作包括两台上料系统操作站和两台本体监控用操作站；HMI与PLC之间通过以太网通讯。

在热风炉值班室有热风炉PLC柜及热风炉隔离柜，负责热风炉的控制；还有除尘本地PLC柜和除尘隔离柜，负责除尘系统的控制；HMI操作包括两台热风炉系统操作站和一台除尘系统监控操作站。

在除尘配电室设有除尘远程PLC柜和继电器柜，通过Profibus与除尘本地PLC柜通讯，组成分布式系统。

3、电气部分电气部分包括高炉本体、高炉矿槽、高炉炉顶的供配电。

主要电气元件选用国内外著名公司产品。

其中，主卷扬变频器采用西门子6SE70系列变频器，功率400KW。

4、西门子系统简介4.1 硬件性能SIEMENS自动化系统具有强大的信号处理和逻辑运算能力，具有模板化、可扩充的体系结构，适用于工业实时控制和制造过程控制。

高性能：（1）高吞吐量，使得更多的程序运行时间更短。

（2）附加的数学协处理器能满足更多的控制要求，提供更多的可能性及更高的产品质量。

高完备性：（1）适于苛刻的工业环境，例如复杂的电气设备及环境温度。

（2）SIMENS符合UL.CSA和工厂等级FM1,Div2的要求，给用户提供一个安全的选择。

（3）可选的冗余电源、电缆，为重要场合提供安全保障。

（4） SIEMENS专利的段调度技术使得I/O更新和程序扫描同步进行，从而实现安全，可预测的控制。

方便使用：（1）SIEMENS系统中不使用DIP开关，全部地址用转换开关设定，SIEMENS 控制器提供了所有下装模块的配置特征。

（2）十进制地址方式排除了在编程，检查系统时记忆转换的繁琐过程。

（3）○所有的I/O模板使用同样的I/O接线端子，这样不必考虑板子与接线端子的对应关系。

（4）运行时每块模板都有正常信息显示，使用户维护更容易。

（5）扩展总线的LED组，能够减少诊断故障时间。

（6）所有模板均可插入底板的任一槽中，对于除了电源模板外的所有模板，没有对所在槽位的配置限制。

（7）所有模板均有LED显示灯指示操作状态。

（8）允许模板带电插拔。

（9）用于现场接线的端子排插于模板前部。

4.2 WINCC 功能结构4.2.1 基本功能WINCC 自动化软件为操作人员和贯穿整个管理的应用软件提供实时的数据。

实时数据的处理是如何更加有效的利用资源、人力，最终提高自动化程度的关键。

WINCC最基本的功能就是数据采集和数据管理。

（1）数据采集：WINCC软件采集数据时无需特定的硬件，它可以通过高性能、高速I/O驱动程序与硬件通讯。

（2）数据管理：一旦接收到数据，应用程序对数据进行处理与引导。

（3）数据完整性：数据采集与数据管理为WINCC 执行的所有自动化任务提供了基础。

数据的完整性是WINCC软件的核心，并且是WINCC 开发体系的固有部分。

4.2.2 人机界面及监控与数据采集功能（1）显示：WINCC强大的数字、文本、图像格式提供了最友善的人机界面。

（2）监控：操作人员直接从计算机改变设定值和其它关键值的功能与监视数据显示相配合。

（3）报警：WINCC以多种途径（包括多媒体）将得到的报警通知操作人员。

（4）控制：WINCC软件包括连续控制、批处理控制、统计控制功能，利用算法调整过程量。

留有用户程序接口，方便诸如优化、模糊控制的嵌入。

4.2.3 报表功能及数据存档系统中能够以用户指定的速率采样数据并将数据存储在数据文件中。

任何时候，都能从数据文件中检索数据，创建历史数据的趋势显示。

已存储的数据是正确处理和优化过程的强大工具。

报表：WINCC 支持操作人员通过工业标准数据交换协议如DDE 和ODBC SQL双向访问WINCC 数据。

操作人员能够用如Microsoft 的Excel电子表格建详细报表。

4.2.4 开放式结构功能WINCC 提供了用VB 、C 、C++和VC 等一系列语言对系统中任何数据点、报警及历史数据进行读写访问功能。

系统的开放式结构提供给现场工程师丰富的工具，使他们编写应用软件解决特定的自控需求。

开放式的结构也允许工程师编写应用程序为操作管理软件和现场其它数据平台提供重要的实时数据。

第二章 高炉本体方案1、PLC 系统硬件高炉本体部分采用S7-400系列控制器412-2DP ，以太网通讯模式 。

高炉本体主要是各种参数的检测报警以及部分设备的控制。

系统配置如下表：2、控制功能2.1实现温度、流量、冷却水压力等检测数据的报警功能例如：温度报警，在检测超过某一设定值时，进行判断并进行报警功能，如在监控画面闪烁或变色。

炉身温度报警示意图：2.2实现炉顶压力的手动/自动调节功能2.3监控画面功能监控画面包括整个高炉本体工艺流程的形象描绘，画面和谐统一，操作简单安全可靠。

监控画面包括所有模拟量输入数字量输入信号的显示和所有模拟量输出数字量输出的操作。

对于数据显示都有根据工艺要求的上下限报警显示，对于调节系统都有根据实际请况的手自动切换。

对一些重要数据还有报表打印功能。

对于冷风流量、冷风压力、热风温度、炉顶压力等参数都有实时趋势和历史趋势显示。

第三章高炉上料方案1、PLC系统配置及设备高炉上料部分采用S7-400系列控制器414-2DP和ET200组成分布式控制系统。

设两台上位机互为备用。

高炉上料系统包括了槽下备料、卷扬上料、炉顶布料等三部分的逻辑顺序控制，并且和工长值班室通过以太网相连，并进行直接的数据交换。

量斗称重设有称重仪表柜，并具有远程复位功能。

2、控制功能2.1槽下配料功能槽下控制能够根据料单内容实现振筛、给料机、斗闸门、翻板、皮带等的完全自动化逻辑控制。

并根据槽下料单的填写内容实现自动称量补偿等计算累计功能：振筛的手/自动启停斗闸门的手/自动开关皮带的手/自动启停翻板的自动定位中间斗的自动排料称重远程复位2.1.1料单设定：高炉自动控制系统技术方案周期设定：料单设A、B、C、D、E、F、G、H等八种料批，根据需要可设其中的一种或几种，故周期设定中只允许填写A、B、C、D、E、F、G、H对应的代号1、2、3、4、5、6、7、8，第一位不能是空格，连续书写，不能超过10个字母，程序遇0或执行完10周期后自动返回周期1执行。

料单修改标志设定：料单上有一“料单传送”标志，此标志为1，说明修改过料单，当前放料料批执行完时，重新按新设定的料单开始控制。

料批内料型设定：A、B、C、D、E、F、G、H等八种料批，每个批次均设1-4个车次，相应位置填入料型组合代码，而每一种料型组合代码又对应着所选料仓代号组合。

各称量斗设定值以千克（KG）为单位，填入各斗的设定值。

焦炭设定为干焦值，在画面中进行焦炭水份设定，程序自动转换成湿焦值。

附加焦设定：在需要附加焦的放料批次中减小放料车次，直到附加焦执行完。

称量及补偿的计算公式如下：本次称量值=本次实际称量值*30%+上次称量值*70%本次余振量=本次满值-本次控制值下次余振量=70%*上次提前量+30%*本次提前量本次入炉量=本次满值-本次空值本次误差值=本次设定值-本次入炉量累计误差=累计误差+本次误差下次设定值=设定值+本次误差下次控制值=下次设定值-下次余振量2.1．2振筛的自动启停控制高炉自动控制系统技术方案根据料单的设定情况，被选择的仓在设定好后，检测下面的称量斗闸门已经关好，并且称量未满，则启动振筛振料，待称量斗发出满信号，则停止振动给料。

振动筛或给料机启动T秒后，还未发出斗“满”信号，就发出上卡料报警信号。

2.1．3称量斗的称量和排料控制当排料程序发出后，矿石称量斗闸门开，料排出。

当称量值为控制值（初始时为设定值的95%）的5%时，发出料空信号并关闭闸门，当闸门关好并称空好后，振动筛或给料机开始启动。

称量值到控制值（经补正）时，振动筛或给料机停机，进行满称量。

若达110%控制值（经补正）时发出报警信号。