基金會現場總線FF技術在球團豎爐上的應用

　　如上圖所示，整個系統由配料烘干電氣控制系統、造球篩分電氣控制系統、豎爐本體電氣控制系統、成品運輸電氣控制系統和過程檢測（儀表）控制系統等子系統組成。過程檢測（儀表）控制系統包括若干H1子系統，采用總線拓撲結構，通過HSE/H1網關與網絡集線器連接；系統中的各電氣控制系統由NCS-3000FF分布式智能I/O組成，將傳統的離散數據和過程控制中標準的4～20mA模擬儀表信號引入系統，完成安全連鎖等功能；各電氣控制系統、儀表控制系統和上位機，如操作站（人機接口），工程師站（組態與診斷），　生產調度（企業資源計劃）工作站和管理工作站等，通過工業以太網與網絡集線器連接，采取星型拓撲結構。

　　系統中的操作站、工程師站、生產調度工作站和管理工作站構成系統的生產調度、計劃管理、信息決策網絡層，該層網上傳遞的管理數據信息量較大，實時性及安全性要求不很高，采用工業以太網方式互連，使系統具有冗余功能。用戶通過網絡能將生產決策、計劃、管理、經營和調度等所有功能信息進行有效集成，使工廠各個職能部門和車間成為一個統一的整體。網絡各計算機主要功能是：操作站的作用是完成系統的數據采集與處理、數據存儲與交換及顯示等功能；工程師站的作用是完成對設備的組態、系統工藝參數的設定和修改、報警上下限的設定及系統運行、生產、報警等歷史資料的顯示和查詢功能；生產調度工作站的作用是實現各車間生產調度自動化；管理工作站的作用是對系統實時數據和歷史數據進行管理，　生成管理所需的各種統計報表并打印。采用OPC標準，實現硬件與軟件及軟件與軟件間的信息集成，具有良好的開放性。自主開發的組態及監控軟件各種控制算法滿足基本連續控制、邏輯控制、順序控制的要求；支持在線組態功能；支持自定義控制算法功能；支持參數自整定的能力；支持先進控制的能力；支持高級語言環境的能力。

　　現場控制網絡層采用現場總線基金會FFH1總線和FFHSE總線。儀表控制系統所使用的FF智能儀表通過FFH1總線按照總線拓撲結構連接，根據安裝位置和功能劃分為8個網段，每個網段有8-16臺設備，各網段間通過HSE/H1接口設備與HSE總線按照星型拓撲結構連接。FF現場總線儀表可構成控制回路、能夠提供更多過程信息或更多維護信息，具有設備遠程調試和自診斷能力，維護方便。Hl鏈路主設備LAS（具有鏈路活動調度功能的設備，控制閥、變送器均可以有此功能）可進行冗余配置。傳統的離散數據和過程控制中標準的4～20mA模擬儀表信號通過NCS-3000FF分布式智能I/O引入控制系統，FF分布式智能I/O的主控制器間通過FFHSE總線互聯，安全連鎖、手/自動控制、數值轉換等功能由主控制器實現，各主控制器能獨立運行。

四．系統功能概述

　　基于FF現場總線技術的球團豎爐控制系統主要功能如下：

　　?配料烘干電氣控制系統

　　配料烘干系統是豎爐焙燒球團的原料供應部分，　原料配比的精確度可直接影響產品的質量。配料烘干系統由5臺NCS-3000FF分布式智能I/O控制器來控制，每臺控制器可連接48點DI/DO，共240點，控制方式有上位機自動控制、上位機手動控制、操作臺手動控制和現場機旁箱手動控制。系統包括精粉倉、電子皮帶、配料盤、皂土倉、螺旋輸送機、葉輪給料機、配料皮帶、烘干皮帶和烘干機等設備，可根據配料要求隨意選擇參與配料的礦倉，并在線隨時換倉；精粉倉根據設定配料量和電子秤采集的反饋量，對圓盤給料機實現變頻調速，構成閉環調節系統，實時調節下料量；皂土倉根據設定配料量和從葉輪給料機采集的反饋量，對葉輪給料機實現變頻調速，構成閉環調節系統，實時調節下料量；對配料皮帶、圓盤給料機、電子皮帶、葉輪給料機、螺旋輸送機、烘干皮帶和烘干機實現連鎖順序啟動/停止和帶料同時啟動/停止。

　　?造球篩分電氣控制系統

　　球團豎爐工藝對造球的均勻程度和球團的密度有較高要求,造球篩分控制系統主要完成造球生產過程的控制,為豎爐本體焙燒提供優質生球。系統由6臺NCS-3000FF分布式智能I/O控制器來控制，每臺控制器可連接48點DI/DO，共288點，控制方式有上位機自動控制、上位機手動控制、操作臺手動控制和現場機旁箱手動控制。系統包括造球料倉、干料倉、配料圓盤、造球圓盤、圓輥篩、電動卸料器、干料皮帶、返粉皮帶、返球皮帶和球料皮帶等設備，可根據配料要求隨意選擇運行的造球倉并在線隨時換倉；根據設定下料量，對配料圓盤實現變頻調速，構成開環調節系統，實時調節造球速度；對配料圓盤、造球圓盤、圓輥篩、電動卸料器、干料皮帶、返粉皮帶、返球皮帶和球料皮帶實現連鎖順序啟動/停止和帶料同時啟動/停止。

　　?豎爐本體電氣控制系統

　　豎爐本體控制系統根據爐況和生產需要，通過調節布料車和布料皮帶的運行，控制球料向豎爐內的投放量及投放時機，從而提高豎爐利用率及產品質量。系統由2臺NCS-3000FF分布式智能I/O控制器來控制，每臺控制器可連接48點DI/DO，共96點，控制方式有上位機自動控制、上位機手動控制、操作臺手動控制和現場機旁箱手動控制。系統包括布料皮帶、布料車、六輥和電振給料機等設備，根據需要調節布料車及布料皮帶運行狀態；對料皮帶、布料車、六輥和電振給料機實現連鎖順序啟動/停止和帶料同時啟動/停止。

　　?成品運輸電氣控制系統

　　豎爐成品系統是豎爐焙燒球團的最后環節，主要是對焙燒后的熟球進行冷卻，經皮帶輸送到高爐或料場、補球倉。系統由3臺NCS-3000FF分布式智能I/O控制器來控制，每臺控制器可連接48點DI/DO，共144點，控制方式有上位機自動控制、上位機手動控制、操作臺手動控制和現場機旁箱手動控制。系統包括鼓風機、成品皮帶、補球皮帶、鏈板機、刮板機、振動篩和帶冷機等設備，對鼓風機、成品皮帶、補球皮帶、鏈板機、刮板機、振動篩和帶冷機實現連鎖順序啟動/停止和帶料同時啟動/停止。

　　?過程檢測（儀表）控制系統

過程檢測（儀表）控制的目的是對生產過程中的主要工序和流程采用自動控制，　并且對生產線上的主要工藝參數如流量，壓力，溫度進行實時采集，實時顯示及實時報警。報警包括上上限，上限，下限，下下限，變化率等。對物料的重量，入爐生球的重量、成品的重量、能源等進行累計和計量，可用于生產調度和管理。系統由8個FFH1總線網段組成，每個網段有8-16臺FF現場總線智能儀表。由于采用了FF現場總線技術，有很強的模擬信號處理能力，控制策略被下放到現場智能儀表中，以溫度變送器為例，可將多個溫度信號處理后，將信息傳輸給控制器，這樣僅靠儀表設備所提供的功能塊，就能很方便地構成所需要的控制回路，并可隨時診斷出設備的運行狀態，做到功能塊的充分冗余，使系統的安全性得到提高；可進行遠程調試和維護，對現場儀表故障快速診斷及處理。

五．結論與展望

基于FF現場總線的球團豎爐控制系統，以FF現場總線作為連接現場智能設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的底層通信網，利用現場總線作為通信平臺，實現了現場設備之間以及現場設備和高層系統之間進行全數字化通信，體現了過程測控中分散控制、集中管理的思想，達到整個工業控制系統的全分布式控制和全網絡化運轉。NCS-3000系列產品采用FF標準，其模塊化設計使系統的安裝組態乃至以后的維護變得非常簡單，為工業企業生產的全面自動化和遠程控制提供良好的支持。