安钢烧结厂90m²/105m²烧结机由于设备大型化、生产高效化、工艺复杂化的特点，传统的控制方式已不能满足生产的需要。该厂充分利用计算机控制及信息技术，优化了整套自动控制系统，使烧结生产达到了一新的水平，同时节省了大量的人力和物力（仅以90m²烧结机为例）。

1  自动控制方案的提出

    烧结生产过程是把粉矿加入一定比例的熔剂、燃料，经混合后，在一定的温度下烧结成高炉需要的原料。主要工艺包括上料、配料、混合、烧结、冷却、整粒等过程。由于烧结过程是一个连续性的生产过程，环节多、控制对象较复杂、纯滞后时间长、受干扰因素多，所以必需对生产过程进行自动控制。同时要求生产数据应及时反映给管理人员，以免造成生产人员劳动负荷较大，产品质量优劣不能及早预知。因此，要求控制系统具备热工参数数据的采集、存档、分析及打印等功能。传统的单有继电器和二次仪表组成的控制系统匹配性差，它不仅浪费人力、物力、财力，而且故障率高，不能较好地满足生产的需要。PLC现在已发展成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据采集、联网通讯功能的“三电一体化”控制器。它在硬件上采取了诸如隔离、滤波、屏蔽、接地等一系列抗干扰措施，在模板机箱进行了完善的电磁兼容性设计、对元器件进行了精心的挑选，更重要的是采用了诸如数字滤波、指令复执、程序卷回、差错检验等、系列软件抗干扰措施及故障诊断技术，因此具有功能强大、寿命长、可靠、稳定等特点。该厂结合信息技术在工业控制中的发展，采用了施耐德集团的QUANTUM系列PLC作为烧结控制系统的核心，从而实现了烧结生产的自动化。

2  自动控制系统的结构及特点

    根据现场的实际情况，该厂设计并设置了原料站、造球站、配料站、烧结站等4套（台）用于底层控制的PLC主站和6台计算机主站用于人机界面（HMI）监控，并且遵循了电磁站或低压配电室与各工序设备就近配置、PLC站（包括远程I/O）与电磁站（低压配电室）就近配置的原则。由于烧结各工序既相互独立又联系密切，系统的逻辑控制、工艺参数的检测和采集、PLC的远程编程、操作员的可视操作及HMI与PLC间的数据交换，需要PLC与PLC、PLC与HMI间的数据源相互传递来实现，采用施耐德集团的Modbus Plus网络通讯协议组成局域网来完成数据交换的。Modbus Plus是基于RS485衍生的一种网络协议，它是工业控制家族中的一种通讯标准。Modbus Plus可实现其PLC之间及与HMI等设备的互连，它是一种高速、对等的工业局域网。这一局域网允许多台计算机、PLC及其他数据通过低成本的双绞线对等通讯。以双绞线为通讯介质的情况下，最大通讯距离1800米，网络节点64个（还可通过网桥进行扩展），结构图如图1（图中TCP/IP表示的二级管理网暂没上）。该Modbus Plus网络所应用的组网关键设备如下:

        140 CPU 424 02：         PLC站中的CPU模块；

        140 NOM 212 00：       PLC站中Modbus Plus通讯模块；

        SA85：                           HMI中Modbus Plus网络适配卡，遵循ISA总线协议；

        990 NAD 230 00：        Modbus Plus分支器；

        CONCEPT：                  QUANTUM PLC编程软件；

        Monitor Pro：                HMI系统的开发平台；

        RR85:                              Modbus Plus网络中继器。

图1  烧结机计算机控制系统图

    整个网络结构呈星形化，网络通讯介质采用双绞线，并且是双缆冗余结构，这种结构允许Modbus Plus网络在两条独立的电缆上通讯。若一条发生故障，系统会自动切换到另一条，从而保证了数据传输的可靠性。网络长距离的传输可在网线上串入RR85中继器。网络系统应用TAP头（990 NAD 230 00）制作成网络分支的接口，可使PLC站点独立的接地。若通讯线受到强电干扰，不至于破坏整个网络系统。Modbus Plus网络的寻址是通过所谓的节点来实现的。图1中各站点的数码表示各个站的节点号（网络地址），它是Modbus Plus网络对设备进行识别的重要标志。节点间通过一个5字节的网络路径来寻址。每个Modbus Plus设备有DM、DS、PM、PS 四种网络路径。其中DM、DS用于数据传输，PS、PM路径用于编程命令。不同的设备有不同的寻址路径，QUANTUM PLC最后一个非零值表示它在网络上的地址。对于SA85卡，其网络路径的最后的一字节表示网络地址，第二个字节表示其内部路径号。各PLC主站根据需要外挂了若干个远程I/O分站（RIO），它们相对主站是“透明的”，主站和分站的连接由主站上的通讯模块140 CRP 932 00和各分站上的通讯模块140 CRA 932 00通过RG-11四层屏蔽同轴电缆相连而成。通讯电缆是双缆冗余结构。Monitor Pro组态软件，是一实时数据库核心（RTDB）的软件系统，支持冗余的系统结构，工业现场数据采集实时性好。该软件基于Server/Client结构，集HMI、SCADA、MES三大功能于一身，是实现烧结生产自动可视化和生产信息处理的平台。通讯连接也是双缆冗余硬连接，大大提高上位监控系统的可靠性。整套自控控制系统的控制操作和生产数据的采集和处理都是在其平台上开发出来的。

3  系统的功能

        (1)  该系统实现了烧结生产各工序设备的单机和集中自动操作，实现了工序设备间的连锁和保护，并在HMI上动态显示燃料系统、熔剂系统、配料系统、外配煤、匀矿系统、造球系统、烧结系统、成品系统以及各系统互连的工艺设备运行状况以及有关热工参数的棒形图、历史趋势图。工艺流程图人性化设计，直观、实时地监控设备的运行。图2所示为配料系统的工艺设备动态图。

图2  配料系统工艺设备动态图

    (2)  通过PID模块与可视画面的无缝连接，实现了配料室中各种物料动态配料的自动化。每个料仓都是能够自动下料、自动选仓和自动振仓。显示和储存各种原、燃料理化参数，显示理论下料量和瞬时量及误差，存储累计量。

    (3)  对三电设备的异常、故障情况具有报警、记录和存储等功能，并对故障原因具有分析综合功能，同时在HMI的动态工艺画面中动态提示。这对及时发现设备故障原因并得以解决、提高系统的维护效率，提供了技术保障。

    (4)  实现了外加煤随动调节控制、双层卸灰阀的自动控制、混合料和铺底料料位自动控制等生产过程控制，同时设计了对应的人机界面，使控制系统更加直观、灵活、可靠、精确。

    (5)  实时显示和采集配料、烧结、混料等工序的主要热工参数及生产数据，做到数据自动储存、计算和归档，并能显示和查询历史数据，自动计算和制表，实现了生产、技术和能源报表的班、日、旬、月、年报，并有随机或实时打印功能。

    (6)  上位监控画面实现了所有数据资源的共享，各站点间的数据资源可互相调用。生产管理更加简易化，信息处理更加方便。

4  自控系统的扩展

    二级管理网的开发，可完成烧结过程控制模型的建立和计算、专家系统的应用、模糊技术的应用，以及生产数据信息的再处理，实现烧结生产、信息管理的“透明化”。从技术层面讲，Ethernet和TCP/IP网络技术已被广泛应用，软件方面Monitor Pro内置WEB Sever，遵循OPC开放软件标准，自动环境下与MES和ERP可以无缝连接，提供了一种更简单和高效的与上层管理信息系统连接的方法。内置的Web服务器，使控制数据易于被不同的操作系统得到，也可以通过公共网络来访问工业现场的数据。这种基于Web的体系结构使工业数据更加同步，网络集成难度降低；同时，也可以更好地控制网络的数据流量。对实现对烧结生产信息的进一步管理提供了技术保障。目前该厂正在作此方面的工作。

5  小结

    该自动控制系统既实现了生产的全程自动化，生产信息又实现了实时采集和处理，实现了人工传递到信息自动管理的转变，有力地促进了烧结生产的科学运行。但自控控制系统的科学运行，要求现场的设备要保持运行正常、数据准确，为此该厂制定了详尽的巡检制度和检修制度，有效地保证了控制系统的正常运行。总之，在目前制造业充分关注实时信息运用的背景下，计算机信息技术和控制技术在烧结自控系统中的应用，为安钢烧结厂未来信息的进一步集成打下了良好的基础。