高爐生產(chǎn)的工藝流程和特點
　　高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和爐渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。

　　本項目以高爐煤氣、焦爐煤氣為燃料，球團礦、燒結(jié)礦為原料，采用4座內(nèi)燃式熱風爐，富氧噴煤系統(tǒng)，攪籠法爐渣處理裝置，4個鐵口循環(huán)出鐵，高爐每天出鐵12次，每次出鐵時間112min。干法煤氣除塵系統(tǒng)、TRT余壓發(fā)電裝置將高爐煤氣全部回收。

　　為了減少粉塵對環(huán)境污染，本次設計對原料供應系統(tǒng)、礦槽、風口平臺出鐵場及爐頂設置環(huán)境除塵設施，使排放含塵濃度＜100mg/Nm3。
　　高爐自動化過程主要包含高爐本體控制、上料和配料控制、熱風爐控制，以及除塵系統(tǒng)控制等。高爐自動化的目的，主要是保證高爐操作的四個主要問題：正確配料并以一定的順序及時裝入爐內(nèi)；控制爐料均勻下降；調(diào)節(jié)爐料分布及保持其與熱煤氣流的良好接觸；保持高爐整體有合適的熱狀態(tài)。高爐自動化系統(tǒng)主要包括儀表檢測及控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過程及管理用計算機。

　　適應需求的最佳選擇
　　畢主任認為，高爐控制系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)龐雜，為滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求，主控制器的處理能力首當其沖成為了選型的關鍵指標之一。而從工藝角度來看，高爐上料系統(tǒng)（含料車上料系統(tǒng)和爐頂布料系統(tǒng)）是煉鐵高爐中最重要的一環(huán)，及時準確的上料是保證高爐產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的前提。如果上料慢，趕不上料線，將影響產(chǎn)量；如果上料錯，則會導致高爐拉風、休風的嚴重后果。此外，變頻器在運行過程中產(chǎn)生的強磁場及高次諧波所形成的干擾,是嚴重影響控制和通訊系統(tǒng)安全運行的主要因素，因此，高爐生產(chǎn)的特點對控制系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性都提出了很高的要求。
　　經(jīng)過慎重篩選和綜合論證，基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的SIMATIC PCS7 V7.0過程控制系統(tǒng)最終脫穎而出，擔負起了韶鋼8號高爐數(shù)字化生產(chǎn)的重任。談到這套系統(tǒng)，畢主任不無感慨：“我們和西門子公司一直保持著良好的合作關系，7號高爐使用的PCS7系統(tǒng)以及之前大量的成功應用都已證明，西門子公司具備的國際領先的技術、優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠的服務保障能力是值得我們信賴的！”
　　項目具體實施
　　工藝概況
　　韶鋼8號高爐工程包括1座容積3200m3的高爐及相應的配套設施。主要工藝設施有：
　?。?）礦焦槽及上料系統(tǒng)，共設礦焦槽20個。其中燒結(jié)礦槽6個；焦槽6個；球團礦槽3個；塊礦槽2個；雜礦槽2個；小塊焦槽1個，以及皮帶輸送和小塊焦回收設備等。
　?。?）上料系統(tǒng)，上料主皮帶機及皮帶清洗設備等。
　?。?）無料鐘爐頂系統(tǒng)，包括無料鐘裝料設備，布料設備，爐頂液壓設備，干油潤滑設備，水冷卻設備等。
　?。?）高爐本體系統(tǒng)，包括爐體冷卻裝置，32個風口。
　?。?）出鐵場系統(tǒng)，包括南（C1），北（C2）雙出鐵場， 4個出鐵口，泥炮及開鐵口裝置等。
　?。?）煤氣除塵系統(tǒng)，包括重力除塵器，干法煤氣布袋除塵（韶鋼院），減壓閥組，煤氣切斷閥等。
　?。?）熱風爐及余熱回收系統(tǒng)，包括4座內(nèi)燃式熱風爐，2臺助燃風機，余熱回收裝置等。
　?。?）煤粉制備及噴吹系統(tǒng)，包括干燥爐，中速磨，收粉設施，噴吹設施，供煤設施等。
　?。?）爐頂余壓發(fā)電（TRT）系統(tǒng)（陜鼓成套），包括透平機及其他檢測和調(diào)節(jié)設備等。
　?。?0）水渣系統(tǒng)，包括嘉恒水渣處理設施。
　　（11）除塵系統(tǒng)，包括礦焦槽除塵，出鐵場除塵，以及爐頂除塵等
　?。?2）水處理系統(tǒng)。
　?。?3）焦爐煤氣加壓站
　　（14）原燃料供料系統(tǒng)
　　通過PCS7控制及監(jiān)視的范圍包括：高爐礦焦槽系統(tǒng)，上料系統(tǒng)，無料鐘爐頂系統(tǒng)，高爐本體系統(tǒng)，出鐵場系統(tǒng)，爐渣處理（水渣），煤氣除塵系統(tǒng)，熱風爐及余熱回收系統(tǒng)，煤粉制備及噴吹系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)，焦爐煤氣加壓站，原燃料供料系統(tǒng)等。
　　采用現(xiàn)場總線技術構建的高爐控制系統(tǒng)在功能上由兩級組成，第一級為基礎自動化級，第二級為計算機管理控制級。一級和二級之間通過以太網(wǎng)進行通訊，并可與企業(yè)上層網(wǎng)絡進行無縫連接。
　　1.基礎自動化級（一級）
　　主要由控制站、HMI服務器、工程師站、操作員站、PROFIBUS、FF、Ethernet通信接口或交換機、打印機等組成?？刂普荆ò娫?、CPU、Profibus DP接口模件、Ethernet接口模件），按不同工藝單元部分進行冗余或非冗余配置。HMI服務器（包括Ethernet接口和交換機）冗余配置。所有控制站完成對各工藝系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和初步處理，并執(zhí)行生產(chǎn)過程的連續(xù)調(diào)節(jié)控制和邏輯順序控制。操作員站為用戶提供了友好的人機界面，可以對各工藝系統(tǒng)進行包括總貌顯示、分組顯示、操作顯示、調(diào)整顯示、趨勢顯示、報警顯示等多種方式顯示和記錄，并對運行設備的運行及維護信息進行管理等；通過鍵盤、鼠標，按畫面操作提示，對各工藝系統(tǒng)進行生產(chǎn)操作。打印機用于故障信息打印。冗余控制站：4臺（礦焦槽及爐頂、熱風爐、制粉及噴吹系統(tǒng)、煤氣除塵系統(tǒng)）非冗余控制站：9臺（供料系統(tǒng)、礦焦槽除塵系統(tǒng)、高爐本體、南爐前系統(tǒng)、北爐前系統(tǒng)、南水渣系統(tǒng)、北水渣系統(tǒng)、循環(huán)水處理系統(tǒng)、焦爐煤氣加壓站）          2.計算機管理控制級（二級）主要由3臺過程計算機服務器，2臺PC操作終端，打印機服務器及相應的網(wǎng)絡打印機，與通信接口等共同組成Client/Server體系結(jié)構。服務器主要用于高爐過程數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫管理、模型計算、技術計算的運行、與計算機通信等。PC操作終端主要用于過程數(shù)據(jù)的監(jiān)視、操作數(shù)據(jù)設定輸入、模型數(shù)據(jù)的設定輸入等。打印機主要用于生產(chǎn)報表打印。過程計算機通過基礎自動化網(wǎng)絡接口與基礎自動化級進行數(shù)據(jù)通信；通過以太網(wǎng)與其它生產(chǎn)部門進行數(shù)據(jù)通信，通信協(xié)議為TCP/IP。
　　分布式控制遠程連接方式
　　由于高爐控制系統(tǒng)需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)龐雜且分散在各控制室及室外，因此針對不同的現(xiàn)場設備，系統(tǒng)設計了多種現(xiàn)場總線的連接方式充分滿足對于數(shù)據(jù)通訊快速、穩(wěn)定的需求。除常規(guī)的ET200系列 I/O外,為適應室外露天放置的操作箱的特殊需求，在本系統(tǒng)中特選用了西門子專為惡劣環(huán)境應用設計的高防護等級的分布式I/O系列—ET200pro。1.控制主站通過PROFIBUS-DP與ET200 I/O連接2. 控制主站通過PROFIBUS-DP與ET200 pro I/O連接
　　3. 控制主站通過PROFIBUS-DP與變頻驅(qū)動器及編碼器連接
　　4.通過PROFIBUS-DP/FF耦合器與流量計等智能儀表連接
　　新技術與亮點
　　全面采用現(xiàn)場總線技術
　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）為網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)，不同于傳統(tǒng)的PLC和DCS系統(tǒng)，它的特點是控制功能由過去的控制室設備變?yōu)橹悄苄同F(xiàn)場儀表來承擔，控制功能分散化、全數(shù)字化，可以組成大型的開放式控制系統(tǒng)，進而實現(xiàn)從最高決策到最低設備層的綜合管理和控制。
　　采用現(xiàn)場總線技術以后，由于分散在現(xiàn)場的智能設備能直接執(zhí)行多種傳感、測量、控制、報警和計算功能，因而可大幅減少變送器的數(shù)量，不再需要傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離等功能單元及相應的復雜接線；同時還可明顯減少電纜橋架數(shù)量及安裝費用并縮短這部分的項目工期。據(jù)信總工程師統(tǒng)計，本項目所用的信號電纜、橋架及施工量與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比至少節(jié)省60%。在如此短時間內(nèi)完成線纜敷設、信號測試等工作在以前也是不可想象的；此外，基于現(xiàn)場總線的智能現(xiàn)場設備都具有自診斷的能力，可實時通過數(shù)字通信的方式把診斷信息發(fā)送給中控室，操作維護人員能夠方便地查詢設備運行狀態(tài)，使得維護與診斷也變得更加輕松，成本隨之大大降低。
　　FF/PROFIBUS-DP耦合器
　　由于現(xiàn)場部分電磁流量計是基于FF總線協(xié)議的，為將流量計信號納入SIMATIC PCS7，用戶選擇了FF/PROFIBUS-DP耦合器掛接至通訊網(wǎng)絡，通過簡單的組態(tài)實現(xiàn)了FF總線儀表的輕松集成，F(xiàn)F/PROFIBUS-DP耦合器為國內(nèi)高爐控制系統(tǒng)的首次成功應用。
　　獨立設置一臺中央歸檔服務器（CAS）
　　在SIMATIC PCS7的7.0版本中,可通過一塊普通以太網(wǎng)卡將中央歸檔服務器(CAS)連接到以太網(wǎng)上。設置獨立的CAS的優(yōu)勢在于集中并長期存放歸檔數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)能從CAS容易的導出到MS Excel CSV文件中并進行進一步的處理和數(shù)據(jù)分析。對于高爐系統(tǒng)而言，爐壁溫度等數(shù)據(jù)往往需要保存5年以上，一般的數(shù)據(jù)存儲方案很難實現(xiàn)高效可靠的歸檔，而CAS完全可保證數(shù)據(jù)的完整性和長期歷史數(shù)據(jù)的訪問，使用戶維護起來感到極為便利。
　　完美表現(xiàn)
　　在總包商、系統(tǒng)集成商和用戶都積累了大量西門子控制系統(tǒng)在高爐應用的工程經(jīng)驗后，此次項目的實施克服了經(jīng)濟危機帶來的不利影響，幾方通力合作，進展異常順利。據(jù)畢主任介紹，從2009年5月份進入系統(tǒng)調(diào)試階段到2009年9月底全套控制系統(tǒng)已投入正常運轉(zhuǎn)。10月17日，韶鋼8號3200m3高爐順利煉出第一爐鐵水，成功投產(chǎn)。在SIMATIC PCS7 V7.0的強力保駕護航下，韶鋼8號高爐投產(chǎn)后僅僅3天即達到設計指標，日產(chǎn)生鐵6780噸?！斑@是PCS7完美表現(xiàn)的有力證明，創(chuàng)造了國內(nèi)乃至世界大型高爐達產(chǎn)速度新紀錄，在場的來自寶鋼的專家都對這樣的驕人成績贊不絕口”，畢主任對于控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的滿意之情溢于言表，“投入生產(chǎn)以來，無論產(chǎn)量、燃燒比還是綜合焦比，這座高爐達到的指標都已在國內(nèi)范圍名列前茅，這與西門子提供的產(chǎn)品質(zhì)量和技術保障都是密不可分的?！?br>　　未來，我們共同期待
　　對于鋼鐵企業(yè)而言，高爐生產(chǎn)系統(tǒng)是一個復雜而關鍵的生產(chǎn)流程，展望未來，我國的高爐更加趨于大型化、高效化、現(xiàn)代化、長壽化、清潔化，因此，鋼鐵企業(yè)都必須積極采用最先進的生產(chǎn)工藝、自動化技術和裝備。唯有如此才能不斷提高煉鐵水平，在競爭激烈的市場上占有一席之地。此次西門子SIMATIC PCS7 V7.0在韶鋼8號高爐的成功應用不僅給韶關鋼鐵集團有限公司帶來了可觀的經(jīng)濟效益，進一步提高了企業(yè)的生產(chǎn)能力，同時也保障了其實現(xiàn)社會效益和環(huán)境效益雙豐收。作為目前國內(nèi)綜合指標領先的高爐，韶鋼8號高爐已為多個正在籌建中的項目提供了配套控制系統(tǒng)的成功樣本。
　　“銀橋飛架錦江邊，綠水青山映碧天。玉峰瓊樓增異彩，丹霞自古醉詩仙?！迸c南粵名山丹霞山遙遙相望的韶鋼正在這醉人美景的環(huán)抱中，站在企業(yè)發(fā)展的新起點上邁開自信穩(wěn)健的步伐，向著未來更高更遠的目標不斷前行。