數(shù)據(jù)采集冗余在高爐自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

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　　1 引言

　　冶金關(guān)鍵過程控制系統(tǒng)中要求控制裝置有極高的可靠性。在高爐煉鐵生產(chǎn)中，如果控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，由此引起的停產(chǎn)和設(shè)備的損壞將造成極大的經(jīng)濟損失，只要系統(tǒng)中一個地方出問題，就會造成整個系統(tǒng)停產(chǎn)。僅僅通過提高控制系統(tǒng)的硬件及軟件的可靠性來滿足高爐煉鐵對可靠性的要求是不可能的。因為可編程序控制器本身的可靠性的提高有一定的限度，并且可靠性的提高會使成本急劇增加。因此，對一些關(guān)鍵的、危險的或停止(故障)后對人員安全或設(shè)備損傷有重大隱患的控制部分經(jīng)常使用冗余控制器或冗余系統(tǒng)就能夠有效地解決上述問題。

　　2 數(shù)據(jù)冗余技術(shù)

　　“冗余”就是將相同功能的設(shè)備設(shè)計為2個或2個以上，如果一個設(shè)備有問題，另外一個設(shè)備就會自動承擔起有問題設(shè)備的任務(wù)，使生產(chǎn)能夠繼續(xù)進行。具體說來就是備份出另一套服務(wù)。一般情況下是某一套系統(tǒng)運行，而第二個系統(tǒng)處于待命狀態(tài)，可以通過人工方式監(jiān)視第一套系統(tǒng)，當發(fā)現(xiàn)有故障時，便激活第二套系統(tǒng)。也可以用控制器對2個模塊同時進行掃描，當其中一塊停止回應(yīng)時，系統(tǒng)從另一個模塊中獲取數(shù)據(jù)。由此可見，冗余的目的保證了系統(tǒng)工作的連續(xù)性(基本不會出現(xiàn)系統(tǒng)不工作的情況)、穩(wěn)定性。

　　plc冗余可以分為軟件冗余和硬件冗余兩種。硬件冗余實現(xiàn)方式下對硬件型號有所要求，連接方式也不同，但對軟件并無特殊要求。軟件冗余投資不會太大，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、備用，監(jiān)測到異常時自動切換。有些場合，也有按照冷冗余、暖冗余和熱冗余來區(qū)分。

　　3 高爐自動化數(shù)據(jù)冗余

　　3.1 爐頂料罐壓力冗余檢測

　　爐頂料罐壓力檢測在日常生產(chǎn)中占有很重要的地位，若出現(xiàn)故障將直接影響到布料的順利進行。萊鋼1000立方米高爐整體由受料斗、料罐和高爐爐體三部分構(gòu)成。焦炭、燒結(jié)礦等各種入爐原料由料車運到爐頂，倒入受料斗中。等到料罐內(nèi)放散完畢后，即料罐壓力為零時，打開上密閥和柱塞閥向料罐裝料。裝料完成后料罐將進行均壓，此時料罐壓力等于或者大于爐內(nèi)壓力，一旦高爐準備接受下一批爐料就進行布料，則打開下密閥并將料流調(diào)節(jié)閥開至設(shè)定開度，料罐中的爐料通過料流調(diào)節(jié)閥流到旋轉(zhuǎn)的布料溜槽上。料罐清空后，關(guān)閉料流調(diào)節(jié)閥和下密封閥，打開放散閥進行放散，準備下一次裝料。

　　從上述過程中可看到料罐壓力在生產(chǎn)中的重要性，如果無法正確到檢測料罐壓力，會導致受料斗中的入爐原料無法進入料罐中，同時料罐中已有的爐料不能順利向爐內(nèi)布放。

　　并且當初高爐設(shè)計時，將“料罐壓力”和“爐內(nèi)壓力”兩個檢測點的信號先引入本體控制室中，然后通過光纖通訊，傳到槽下控制室，該控制室的plc接受并且處理后，再對爐頂設(shè)備進行控制。所以通訊是否暢通也是一個不得不警惕的隱患。

　　通過研究分析，采用數(shù)據(jù)冗余中硬件冗余的方式，可在原有設(shè)備基礎(chǔ)上增加一套壓力變送器，其信號不通過第三方傳遞，直接引致槽下控制室中進行處理。平時兩套設(shè)備都在運行，由本體控制室通訊來的信號和直接從高爐傳來的備用信號送給槽下控制室的plc處理，遵循一用一備的原則選擇使用。這樣就減少了對一套設(shè)備的依賴，增加了設(shè)備可靠性和操作靈活性。圖1為改造后的數(shù)據(jù)傳輸、處理過程。

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　　圖1 高爐冗余數(shù)據(jù)傳輸處理

　　備用壓力變送器要與原有的設(shè)備具有型號和相同的規(guī)格，這樣采集的數(shù)據(jù)才有可比性，不會有較大的誤差;兩路信號的使用原則為“一用一備”，即在生產(chǎn)中只使用一路信號，參與生產(chǎn)控制，另一路信號處于備用狀態(tài)?；榍袚Q使用，當某一路信號出現(xiàn)異常時，另一路可迅速投入使用;監(jiān)控畫面要將兩路信號的狀態(tài)實時體現(xiàn)出來，通過顯示的數(shù)值和數(shù)值的變化來判定兩套變送器的運行狀況。從而為選用哪一路信號參與控制做參考。監(jiān)控畫面設(shè)計如圖2所示。

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　　圖2 監(jiān)控畫面

　　爐內(nèi)壓力用棒圖的形式表示爐內(nèi)壓力檢測點的變化情況。料罐壓力。用棒圖的形式表示兩路料罐壓力檢測點的變化情況。切換設(shè)定用于手動切換使用料罐壓力檢測點信號。異常設(shè)定做了一個報警系統(tǒng)，當兩路料罐壓力之間的差值大于設(shè)定值后即認定為異常，發(fā)出報警，由操作人員做出判斷。

　　通過改造，兩套壓力變送器運行狀況良好，平時兩套設(shè)備同時工作著，互為備用，都能很好得參與到生產(chǎn)控制中去，降低了因設(shè)備故障而影響生產(chǎn)的幾率，畫面上的棒圖表示可以很好的反映出兩路信號的變化情況，操作簡單，而且在不影響生產(chǎn)的基礎(chǔ)上可以很方便的對設(shè)備進行維護保養(yǎng)，提高了設(shè)備壽命和系統(tǒng)整體的可靠性，使維護更加方便。