基金会现场总线FF技术在球团竖炉上的应用

　　如上图所示，整个系统由配料烘干电气控制系统、造球筛分电气控制系统、竖炉本体电气控制系统、成品运输电气控制系统和过程检测（仪表）控制系统等子系统组成。过程检测（仪表）控制系统包括若干H1子系统，采用总线拓扑结构，通过HSE/H1网关与网络集线器连接；系统中的各电气控制系统由NCS-3000FF分布式智能I/O组成，将传统的离散数据和过程控制中标准的4～20mA模拟仪表信号引入系统，完成安全连锁等功能；各电气控制系统、仪表控制系统和上位机，如操作站（人机接口），工程师站（组态与诊断），　生产调度（企业资源计划）工作站和管理工作站等，通过工业以太网与网络集线器连接，采取星型拓扑结构。

　　系统中的操作站、工程师站、生产调度工作站和管理工作站构成系统的生产调度、计划管理、信息决策网络层，该层网上传递的管理数据信息量较大，实时性及安全性要求不很高，采用工业以太网方式互连，使系统具有冗余功能。用户通过网络能将生产决策、计划、管理、经营和调度等所有功能信息进行有效集成，使工厂各个职能部门和车间成为一个统一的整体。网络各计算机主要功能是：操作站的作用是完成系统的数据采集与处理、数据存储与交换及显示等功能；工程师站的作用是完成对设备的组态、系统工艺参数的设定和修改、报警上下限的设定及系统运行、生产、报警等历史资料的显示和查询功能；生产调度工作站的作用是实现各车间生产调度自动化；管理工作站的作用是对系统实时数据和历史数据进行管理，　生成管理所需的各种统计报表并打印。采用OPC标准，实现硬件与软件及软件与软件间的信息集成，具有良好的开放性。自主开发的组态及监控软件各种控制算法满足基本连续控制、逻辑控制、顺序控制的要求；支持在线组态功能；支持自定义控制算法功能；支持参数自整定的能力；支持先进控制的能力；支持高级语言环境的能力。

　　现场控制网络层采用现场总线基金会FFH1总线和FFHSE总线。仪表控制系统所使用的FF智能仪表通过FFH1总线按照总线拓扑结构连接，根据安装位置和功能划分为8个网段，每个网段有8-16台设备，各网段间通过HSE/H1接口设备与HSE总线按照星型拓扑结构连接。FF现场总线仪表可构成控制回路、能够提供更多过程信息或更多维护信息，具有设备远程调试和自诊断能力，维护方便。Hl链路主设备LAS（具有链路活动调度功能的设备，控制阀、变送器均可以有此功能）可进行冗余配置。传统的离散数据和过程控制中标准的4～20mA模拟仪表信号通过NCS-3000FF分布式智能I/O引入控制系统，FF分布式智能I/O的主控制器间通过FFHSE总线互联，安全连锁、手/自动控制、数值转换等功能由主控制器实现，各主控制器能独立运行。

四．系统功能概述

　　基于FF现场总线技术的球团竖炉控制系统主要功能如下：

　　•配料烘干电气控制系统

　　配料烘干系统是竖炉焙烧球团的原料供应部分，　原料配比的精确度可直接影响产品的质量。配料烘干系统由5台NCS-3000FF分布式智能I/O控制器来控制，每台控制器可连接48点DI/DO，共240点，控制方式有上位机自动控制、上位机手动控制、操作台手动控制和现场机旁箱手动控制。系统包括精粉仓、电子皮带、配料盘、皂土仓、螺旋输送机、叶轮给料机、配料皮带、烘干皮带和烘干机等设备，可根据配料要求随意选择参与配料的矿仓，并在线随时换仓；精粉仓根据设定配料量和电子秤采集的反馈量，对圆盘给料机实现变频调速，构成闭环调节系统，实时调节下料量；皂土仓根据设定配料量和从叶轮给料机采集的反馈量，对叶轮给料机实现变频调速，构成闭环调节系统，实时调节下料量；对配料皮带、圆盘给料机、电子皮带、叶轮给料机、螺旋输送机、烘干皮带和烘干机实现连锁顺序启动/停止和带料同时启动/停止。

　　•造球筛分电气控制系统

　　球团竖炉工艺对造球的均匀程度和球团的密度有较高要求,造球筛分控制系统主要完成造球生产过程的控制,为竖炉本体焙烧提供优质生球。系统由6台NCS-3000FF分布式智能I/O控制器来控制，每台控制器可连接48点DI/DO，共288点，控制方式有上位机自动控制、上位机手动控制、操作台手动控制和现场机旁箱手动控制。系统包括造球料仓、干料仓、配料圆盘、造球圆盘、圆辊筛、电动卸料器、干料皮带、返粉皮带、返球皮带和球料皮带等设备，可根据配料要求随意选择运行的造球仓并在线随时换仓；根据设定下料量，对配料圆盘实现变频调速，构成开环调节系统，实时调节造球速度；对配料圆盘、造球圆盘、圆辊筛、电动卸料器、干料皮带、返粉皮带、返球皮带和球料皮带实现连锁顺序启动/停止和带料同时启动/停止。

　　•竖炉本体电气控制系统

　　竖炉本体控制系统根据炉况和生产需要，通过调节布料车和布料皮带的运行，控制球料向竖炉内的投放量及投放时机，从而提高竖炉利用率及产品质量。系统由2台NCS-3000FF分布式智能I/O控制器来控制，每台控制器可连接48点DI/DO，共96点，控制方式有上位机自动控制、上位机手动控制、操作台手动控制和现场机旁箱手动控制。系统包括布料皮带、布料车、六辊和电振给料机等设备，根据需要调节布料车及布料皮带运行状态；对料皮带、布料车、六辊和电振给料机实现连锁顺序启动/停止和带料同时启动/停止。

　　•成品运输电气控制系统

　　竖炉成品系统是竖炉焙烧球团的最后环节，主要是对焙烧后的熟球进行冷却，经皮带输送到高炉或料场、补球仓。系统由3台NCS-3000FF分布式智能I/O控制器来控制，每台控制器可连接48点DI/DO，共144点，控制方式有上位机自动控制、上位机手动控制、操作台手动控制和现场机旁箱手动控制。系统包括鼓风机、成品皮带、补球皮带、链板机、刮板机、振动筛和带冷机等设备，对鼓风机、成品皮带、补球皮带、链板机、刮板机、振动筛和带冷机实现连锁顺序启动/停止和带料同时启动/停止。

　　•过程检测（仪表）控制系统

过程检测（仪表）控制的目的是对生产过程中的主要工序和流程采用自动控制，　并且对生产线上的主要工艺参数如流量，压力，温度进行实时采集，实时显示及实时报警。报警包括上上限，上限，下限，下下限，变化率等。对物料的重量，入炉生球的重量、成品的重量、能源等进行累计和计量，可用于生产调度和管理。系统由8个FFH1总线网段组成，每个网段有8-16台FF现场总线智能仪表。由于采用了FF现场总线技术，有很强的模拟信号处理能力，控制策略被下放到现场智能仪表中，以温度变送器为例，可将多个温度信号处理后，将信息传输给控制器，这样仅靠仪表设备所提供的功能块，就能很方便地构成所需要的控制回路，并可随时诊断出设备的运行状态，做到功能块的充分冗余，使系统的安全性得到提高；可进行远程调试和维护，对现场仪表故障快速诊断及处理。

五．结论与展望

基于FF现场总线的球团竖炉控制系统，以FF现场总线作为连接现场智能设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的底层通信网，利用现场总线作为通信平台，实现了现场设备之间以及现场设备和高层系统之间进行全数字化通信，体现了过程测控中分散控制、集中管理的思想，达到整个工业控制系统的全分布式控制和全网络化运转。NCS-3000系列产品采用FF标准，其模块化设计使系统的安装组态乃至以后的维护变得非常简单，为工业企业生产的全面自动化和远程控制提供良好的支持。