数据采集冗余在高炉自动化系统中的应用

 

　　1 引言

　　冶金关键过程控制系统中要求控制装置有极高的可靠性。在高炉炼铁生产中，如果控制系统出现故障，由此引起的停产和设备的损坏将造成极大的经济损失，只要系统中一个地方出问题，就会造成整个系统停产。仅仅通过提高控制系统的硬件及软件的可靠性来满足高炉炼铁对可靠性的要求是不可能的。因为可编程序控制器本身的可靠性的提高有一定的限度，并且可靠性的提高会使成本急剧增加。因此，对一些关键的、危险的或停止(故障)后对人员安全或设备损伤有重大隐患的控制部分经常使用冗余控制器或冗余系统就能够有效地解决上述问题。

　　2 数据冗余技术

　　“冗余”就是将相同功能的设备设计为2个或2个以上，如果一个设备有问题，另外一个设备就会自动承担起有问题设备的任务，使生产能够继续进行。具体说来就是备份出另一套服务。一般情况下是某一套系统运行，而第二个系统处于待命状态，可以通过人工方式监视第一套系统，当发现有故障时，便激活第二套系统。也可以用控制器对2个模块同时进行扫描，当其中一块停止回应时，系统从另一个模块中获取数据。由此可见，冗余的目的保证了系统工作的连续性(基本不会出现系统不工作的情况)、稳定性。

　　plc冗余可以分为软件冗余和硬件冗余两种。硬件冗余实现方式下对硬件型号有所要求，连接方式也不同，但对软件并无特殊要求。软件冗余投资不会太大，通过软件设计实现数据的读取、备用，监测到异常时自动切换。有些场合，也有按照冷冗余、暖冗余和热冗余来区分。

　　3 高炉自动化数据冗余

　　3.1 炉顶料罐压力冗余检测

　　炉顶料罐压力检测在日常生产中占有很重要的地位，若出现故障将直接影响到布料的顺利进行。莱钢1000立方米高炉整体由受料斗、料罐和高炉炉体三部分构成。焦炭、烧结矿等各种入炉原料由料车运到炉顶，倒入受料斗中。等到料罐内放散完毕后，即料罐压力为零时，打开上密阀和柱塞阀向料罐装料。装料完成后料罐将进行均压，此时料罐压力等于或者大于炉内压力，一旦高炉准备接受下一批炉料就进行布料，则打开下密阀并将料流调节阀开至设定开度，料罐中的炉料通过料流调节阀流到旋转的布料溜槽上。料罐清空后，关闭料流调节阀和下密封阀，打开放散阀进行放散，准备下一次装料。

　　从上述过程中可看到料罐压力在生产中的重要性，如果无法正确到检测料罐压力，会导致受料斗中的入炉原料无法进入料罐中，同时料罐中已有的炉料不能顺利向炉内布放。

　　并且当初高炉设计时，将“料罐压力”和“炉内压力”两个检测点的信号先引入本体控制室中，然后通过光纤通讯，传到槽下控制室，该控制室的plc接受并且处理后，再对炉顶设备进行控制。所以通讯是否畅通也是一个不得不警惕的隐患。

　　通过研究分析，采用数据冗余中硬件冗余的方式，可在原有设备基础上增加一套压力变送器，其信号不通过第三方传递，直接引致槽下控制室中进行处理。平时两套设备都在运行，由本体控制室通讯来的信号和直接从高炉传来的备用信号送给槽下控制室的plc处理，遵循一用一备的原则选择使用。这样就减少了对一套设备的依赖，增加了设备可靠性和操作灵活性。图1为改造后的数据传输、处理过程。

　　

 

　　图1 高炉冗余数据传输处理

　　备用压力变送器要与原有的设备具有型号和相同的规格，这样采集的数据才有可比性，不会有较大的误差;两路信号的使用原则为“一用一备”，即在生产中只使用一路信号，参与生产控制，另一路信号处于备用状态。互为切换使用，当某一路信号出现异常时，另一路可迅速投入使用;监控画面要将两路信号的状态实时体现出来，通过显示的数值和数值的变化来判定两套变送器的运行状况。从而为选用哪一路信号参与控制做参考。监控画面设计如图2所示。

　　

 

　　图2 监控画面

　　炉内压力用棒图的形式表示炉内压力检测点的变化情况。料罐压力。用棒图的形式表示两路料罐压力检测点的变化情况。切换设定用于手动切换使用料罐压力检测点信号。异常设定做了一个报警系统，当两路料罐压力之间的差值大于设定值后即认定为异常，发出报警，由操作人员做出判断。

　　通过改造，两套压力变送器运行状况良好，平时两套设备同时工作着，互为备用，都能很好得参与到生产控制中去，降低了因设备故障而影响生产的几率，画面上的棒图表示可以很好的反映出两路信号的变化情况，操作简单，而且在不影响生产的基础上可以很方便的对设备进行维护保养，提高了设备寿命和系统整体的可靠性，使维护更加方便。