專利名稱：基于現場總線的高爐爐頂信息采集系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于煉鐵自動化控制領域，更具體地說，涉及一種高爐爐頂基礎自動化級的高爐爐頂數據采集系統。
背景技術：
高爐爐頂系統是高爐冶煉系統重要的組成部分，爐頂系統的工作狀態直接影響著高爐爐況的穩定性，及影響高爐生產指標。高爐的布料方式、爐內虧料、懸料等狀態均依賴于爐頂設備信號檢測的準確性。在高爐爐頂自動化系統中，生產條件特殊復雜，設備地域分散多點多面，造成了電氣自動化控制系統故障率高，維護量大的缺點；而且現場信號分散，分布區域廣、閥門多、煤氣區域易燃易爆的特點；有些信號距離控制中心長達200-300m，影響信號傳輸的效果及準 確度。目前，現有的高爐爐頂信息采集系統大多采用一對一的設備接線，用電壓、電流的模擬信號進行測量控制，或采用封閉式的集散控制系統，將信息直接傳輸到控制中心，難以實現設備之間以及系統與外界之間的信息交換。同時，采集信息大量匯集到控制系統的入口處，易造成的信號堵塞，影響傳輸信號的準確度。基于現場總線的信息采集系統就是在這種實際需求的驅動下應運而生的。現場總線把單個分散的控制、測量設備變成網絡節點，以現場總線為紐帶，連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務的網絡系統與控制系統。PR0FIBUS-DP是一種高速低成本的現場總線，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信，傳輸距離可達I. 2km，加入中繼器可延長至10km。能滿足爐頂區域各信號之間的連接需求。中國專利申請號201010584909. 8，申請日2010. 12. 02，專利名稱現場總線系統，
該發明的現場總線系統能夠在進行激活/非激活的切換之前驗證所下載的更新軟件的正當性。在控制器中設置第I存儲區域(Ml)和第2存儲區域(M2)，將第I存儲區域(Ml)作為激活的存儲區域，使得更新前軟件SI存儲于其中，將第2存儲區域(M2)作為非激活的存儲區域，使得更新軟件S2下載于其中。模擬實驗用微處理器采用被下載的更新軟件S2對現場設備的運行控制進行模擬實驗。該模擬實驗的執行狀態可以由主機來監控。在模擬實驗的執行狀態的判定結果為“良”時，操作員向控制器2發送激活化的指令。由此，控制器可以進行激活/非激活的切換。該專利通過設置2個存儲區域等相關技術手段巧妙地解決了如何對更新軟件進行驗證的問題，但是，對于如何成熟地將現場總線技術運用于高爐爐頂信息采集過程、進行現場合理地總線布線卻無法直接從該文獻中獲得。綜上所述，對于如何通過現場總線提高高爐爐頂信息采集的準確率及可靠性的問題該文獻仍舊無法給出明確的解決辦法。
發明內容本發明要解決的問題[0008]針對現有技術高爐爐頂自動化系統中存在的生產條件復雜，現場信號采集過程復雜及信號采集準確率低的問題，本發明提供了一種基于現場總線的高爐爐頂信息采集系統，可在集中式控制系統中融合現場總線的技術，實現徹底的分散控制，它可以提高檢測與控制的準確度，減少傳送誤差，提高采集系統的可靠性，降低線路敷設的難度和施工的復雜性。技術方案本實用新型的以上目的通過以下技術方案實現本實用新型的基于現場總線的高爐爐頂信息采集系統，它包括上位機、數據采集單元、處理單元和執行單元，所述的上位機、數據采集單元、處理單元和執行單元依次連接，所述的數據采集單元通過現場總線將高爐爐頂各信息采集點連接起來并最終將所采集信息傳輸至處理單元；所述的高爐爐頂各信息采集點包括布料設備、探尺和閥門系統。數據采集單元實時采集布料設備的溜槽設備、探尺及閥門系統運行狀態，信號傳送至上位機顯示。處理單元接收數據采集單元傳送的信號，進行計算比較判斷，產生閥位控制信號、料流調節閥的調節信號、溜槽傾角或旋轉位置的信號及探尺的提升或下降的信號。執行單元，輸·入端連接至處理單元的輸出端，接收操作信號、編碼器信號、調節信號、溫壓信號，控制各設備的運行。所述的執行單元包括布料設備執行單元、探尺執行單元和閥門系統執行單元，所述的布料設備執行單元的輸出端與高爐爐頂設備的布料設備連接，所述的探尺執行單元的輸出端與高爐爐頂設備的探尺連接，所述的閥門系統執行單元的輸出端與高爐爐頂設備的閥門系統連接。閥門執行單元，控制上料閘、上下密封閥、均排壓閥等閥門的開閉，調節料流調節閥的開度，調整介質系統閥門的狀態；布料設備執行單元，接收編碼器信號、啟停控制等信號，調節溜槽傾動旋轉，以完成設定的布料方式；探尺執行單元接收編碼器信號、啟停控制等信號，控制探尺的提升和下降，完成爐內料線的檢測。數據采集單元中的現場總線還包括故障診斷單元和仿真單元，所述的故障診斷單元的輸出端接處理單元，所述故障診斷單元采用現場總線的現場模塊提供的總線診斷功能，所述的仿真單元輸出端接執行單元。故障診斷單元采用總線模塊診斷功能，實時檢測各站點的通訊狀態及通訊速率，通過現場總線將檢測結果傳輸至處理單元。仿真單元接收數據采集單元的現場總線采集的數據，即接收各種閥位信號，并與設定值進行比較，產生模擬控制信號及供畫面報警的報警信號。所述處理單元采用XGR-CPU Η/T為中央處理器，為保證控制系統的可靠性，所述的中央處理器采用CPU冗余、電源冗余和網絡冗余。所述的故障診斷單元采用圖爾克現場模塊的診斷功能實現。所述的現場總線采用Profibus-DP現場總線系統。有益效果相比于現有技術，本發明的優點在于(I)本發明的技術方案的特點是通過現場總線采集爐頂各設備的狀態信息，通過總線形式傳至處理單元，再通過控制單元控制爐頂布料設備、探尺及閥門系統的動作，該方法簡化了現有高爐爐頂信息采集的結構模式，用一根現場總線掛接多個設備，節約了連接電纜與各種安裝維護費用；同時避免數百個檢測點和控制點的檢測信號匯集到控制系統的入口處所造成的信號堵塞，增加了系統的可靠性；(2)現場總線的現場模塊采集散落在現場的各處信號，減少了變送器、隔離器的數量，也不再需要的信號調理、轉換、隔離技術等功能單元及其復雜接線，節省了硬件投資，相應地減少控制室的占地面積，特別是對于直接影響到布料準確度的檢測信號，如編碼器，采用總線連接模式，改變了傳輸介質，提高了信號的精確度；(3)本發明的仿真單元采用現場總線的現場模塊提供的總線診斷功能，可以實時檢測采集信息點的通訊狀態及通訊速率，及時發現網絡堵塞狀況，監控故障報警狀態，可有效地提聞故障搶修的時間；(4)本發明的技術方案避免了大量點到點的電纜敷設，降低了線路敷設的難度和施工的復雜性；減少傳送誤差，提高采集系統的可靠性和準確度；適合各種環境惡劣的工業現場。
圖I為本發明的系統結構框架圖；圖2為本發明的執行單元的模塊結構圖。圖中1.數據采集單元；2.處理單元；3.執行單元；31.布料設備執行單元；32.探尺執行單元；33.閥門系統執行單元；4.故障診斷單元；5.仿真單元；6.上位機；
7.布料設備；8.探尺；9.閥門系統。
具體實施方式
以下結合附圖和具體的實施例進一步說明本發明的技術方案。結合圖1，本發明的基于現場總線的高爐爐頂信息采集系統，它包括上位機6、數據采集單元I、處理單元2和執行單元3，所述的上位機6、數據采集單元I、處理單元2和執行單元3依次連接，所述的數據采集單元I通過現場總線將高爐爐頂各信息采集點連接起來并最終將所采集信息傳輸至處理單元；所述的高爐爐頂各信息采集點包括布料設備7、探尺8和閥門系統9。數據采集單元I中的現場總線還包括故障診斷單元4和仿真單元5，所述的故障診斷單元4的輸出端接處理單元，所述故障診斷單元4采用現場總線的現場模塊提供的總線診斷功能，即采用圖爾克現場模塊的診斷功能實現，所述的仿真單元5輸出端接執行單元3。所述處理單元2采用XGR-CPU Η/T為中央處理器，所述的中央處理器采用CPU冗余、電源冗余、網絡冗余。所述的現場總線采用Profibus-DP現場總線系統。如圖2，所述的執行單元3包括布料設備執行單元31、探尺執行單元32和閥門系統執行單元33，所述的布料設備執行單元31的輸出端與高爐爐頂設備的布料設備7連接，所述的探尺執行單元32的輸出端與高爐爐頂設備的探尺8連接，所述的閥門系統執行單元33的輸出端與高爐爐頂設備的閥門系統9連接。實施例I本發明的基于現場總線的高爐爐頂信息采集系統，它包括上位機6、數據采集單元
I、處理單元2和執行單元3，所述的上位機6、數據采集單元I、處理單元2和執行單元3依次連接，所述的數據采集單元I通過現場總線將高爐爐頂各信息采集點連接起來并最終將所采集信息傳輸至處理單元；所述的高爐爐頂各信息采集點包括布料設備7、探尺8和閥門系統9。 所述的執行單元3包括布料設備執行單元31、探尺執行單元32和閥門系統執行單元33，所述的布料設備執行單元31的輸出端與高爐爐頂設備的布料設備7連接，所述的探尺執行單元32的輸出端與高爐爐頂設備的探尺8連接，所述的閥門系統執行單元33的輸出端與高爐爐頂設備的閥門系統9連接。數據采集單元I中的現場總線還包括故障診斷單元4和仿真單元5，所述的故障診斷單元4的輸出端接處理單元2，所述故障診斷單元4采用現場總線的現場模塊提供的總線診斷功能，即圖爾克現場模塊的診斷功能實現。所述的仿真單元5輸出端接執行單元3。其中，數據采集單元I中的現場總線在本實施例中采用以下四種模式的信號采集方式布設模式一，設置本地擴展機架，采用一對一硬接線模式實時采集布料設備7的布料 溜槽、探尺8的準備信號，傳送至本地擴展機架，擴展機架通過XGR-DBSFCEP通訊模塊將采集信息的狀態傳送處理單元2 ；模式二，設置現場模塊，實時采集閥門系統9閥位信號、爐頂液壓潤滑系統信息、爐頂罐壓信號及爐頂氣密箱溫壓信號，通過模塊總線接口傳送至處理單元2 ；模式三，設置XGL-PMEA通訊模塊，采用Profibus-DP現場總線連接，通過傳動裝置CP通訊卡接口采集布料設備的布料溜槽和探尺8傳動裝置的狀態信號；模式四，設置XGL-PMEA通訊模塊，采用Profibus-DP現場總線連接至編碼器的總線接口，采集料流調節閥開度、布料溜槽旋轉位置及傾角角度還有探尺的料位等信號。處理單元2，設置一套冗余的控制系統，中央處理器選用XGR-CPU Η/T ;接收數據采集單元I的信息，進行計算比較判斷，產生調節及控制信號。執行單元3，輸入端連接至仿真單元5和處理單元2的輸出端，接收來自仿真單元5和處理單元2的各種信號，控制各設備的運行閥門系統執行單元33，控制上料閘、上下密封閥及均排壓閥等閥門的開閉，調節料流調節閥的開度，調整介質系統閥門的狀態；布料設備執行單元31，接收信號，調節布料溜槽傾角角度和旋轉位置，以完成設定的布料方式；探尺執行單元32接收信號，控制探尺8的提升和下降，完成爐內料線的檢測。故障診斷單元4，采用XG5000編程軟件，通過圖爾克現場模塊配置的GSD文件，實現現場模塊的組態，完成其邏輯地址的分配及總線協議方式及速率的設置，完成總線上所有I / O模塊的狀態字。通過現場總線將檢測結果傳輸至處理單元2。仿真單元5，連接至數據采集單元I內的現場總線，接收各種閥位信號，并與設定值進行比較，產生模擬控制信號及供畫面報警的報警信號；在保證高爐安全生產的前提下，保證爐頂設備的正常工作。如模擬高爐單環或多環布料模式，模擬下料狀態。現場模塊選用防護等級為IP67的圖爾克模塊，以滿足現場惡劣的環境；傳輸介質采用PR0FIBUS-DP屏蔽電纜；并根據距離的遠近設置中繼器，以保證信號傳輸的可靠性。本案例中基于現場總線的分散型控制系統結構模式，設備本身已可完成自動控制的基本功能，使得現場總線構成一種新的全分布式控制系統的體系結構。從根本上改變了高爐爐頂信息采集現有控制系統集中與分散相結合的集散控制系統體系，簡化了系統結構，提聞了可罪性。以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技 術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求1.基于現場總線的高爐爐頂信息采集系統，它包括上位機(6)、數據采集單元(I)、處理單元(2)和執行單元(3)，所述的上位機(6)、數據采集單元(I)、處理單元(2)和執行單元(3)依次連接，其特征在于，所述的數據采集單元(I)通過現場總線將高爐爐頂各信息采集點連接起來并最終將所采集信息傳輸至處理單元(2);所述的高爐爐頂各信息采集點包括布料設備(7)、探尺(8)和閥門系統(9)； 所述的執行單元(3)包括布料設備執行單元(31)、探尺執行單元(32)和閥門系統執行單元(33)，所述的布料設備執行單元(31)的輸出端與高爐爐頂設備的布料設備(7)連接，所述的探尺執行單元(32)的輸出端與高爐爐頂設備的探尺(8)連接，所述的閥門系統執行單元(33)的輸出端與高爐爐頂設備的閥門系統(9)連接。
2.根據權利要求I所述的基于現場總線的高爐爐頂信息采集系統，其特征在于，所述處理單元(2)采用XGR-CPU Η/T為中央處理器，所述的中央處理器采用CPU冗余、電源冗余和網絡冗余。
3.根據權利要求I或2所述的基于現場總線的高爐爐頂信息采集系統，其特征在于，所述的現場總線采用Profibus-DP現場總線系統。
專利摘要本實用新型公開了一種基于現場總線的高爐爐頂信息采集系統，屬于煉鐵自動化控制領域。它包括上位機、數據采集單元、處理單元和執行單元，所述的上位機、數據采集單元、處理單元和執行單元依次連接，所述的數據采集單元通過現場總線將高爐爐頂各信息采集點連接起來并最終將所采集信息傳輸至處理單元；所述的高爐爐頂各信息采集點包括布料設備、探尺和閥門系統。本實用新型簡化了現有信息采集的結構模式，用一根現場總線掛接多個設備，節約連接電纜與各種安裝維護費用；同時避免數百個檢測點和控制點的檢測信號匯集到控制系統的入口處所造成的信號堵塞，增加了系統的可靠性。
文檔編號G05B19/418GK202600442SQ20122008425
公開日2012年12月12日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者李晶, 金春暉, 朱興華, 何大漢, 宋錚, 袁榮安 申請人:安徽馬鋼工程技術有限公司