方案
1.1 系统硬件
本系统PLC硬件全部选用西门子公司的S7-400、300系列产品，槽下为S7-400主站，炉顶、喷煤、高炉本体、热风炉、原料、干除尘、风机房、联合水泵房等为分站，全部采用S7-300系列，每个分站均设置单独的CPU和通讯模块。网络配置包括PLC端和PC机端两个部分。系统中的每套PLC系统通过插在主底板上的通讯模块连接在100M快速以太网上。整个网络采用环网结构，当其中某段网线出现故障时，不影响系统的运行。主站与分站的距离超过100米时采用光纤联接，防止通讯信号干扰；同一个地方的PLC柜与远程柜采用DP电缆联接。部长室工控机配置较高的DCS411S 5606四核DiggCom服务器，在服务器安装一个华为防火墙USG2210，防止外界病毒侵入。
自动化系统通讯网络分为两层：
第一层：监控层中的工控机操作站、工程师站和PLC控制器之间的通讯采用的是基于ICP/IP的标准工业以太网结构。其中监控工作站安装监控软件，建立监控界面，用于控制和监测工艺状况及设备运行状态，生成生产报表并对其进行打印及保存，并作为工作站的备份。工程师站具有最高的权限，可对网络进行配置，下位机授权，控制程序及画面修改等。
第二层：控制层是PLC站和各自的远程I/O站之间采用ProfiBus-DP通讯网络，用于和计量仪表、直流调速器、变频器等现场设备之间的通讯。PLC把设定参数和指令传送到控制系统，并收集各检测计量系统的状态和电气参数送到人机界面的显示器上显示。
1.2 组态软件
PLC采用西门子STEP7 V5.5软件组态和编程，工控机采用PWinCC 7.0软件建立监控画面。
本系统涉及工艺参数和控制设备较多，包括各系统设备的压力、温度、配料称重、速度、料位、阀位、液位、流量的检测。根据工艺的要求，控制各参数在最佳的配置点，进行自动调节。对一些联锁条件不高的系统如皮带、阀门等也可手动控制，可以做到手动和自动转换。灵活的STEP7 V5.5编程软件，可以根据现场的使用情况和工艺要求编写程序，满足各种功能。电机的热继保护点，皮带的打滑、跑偏、撕裂装置、拉绳开关信号等引入PLC系统，起到保护人员、设备安全的作用。
上位机监控软件中人机界面的设计采用WinCC 7.0软件，上位监控工作站由13台DiggCom工控机组成，工控机的画面主要监视运行状态、操作控制、产生生产报表和打印、数据备份等工作。一台工控机安装于部长室，主要是方便领导实时掌握现场的工艺参数，及时作出生产决策、组织调度。增添二个工程师站，主要用于电气图纸的查阅，在不影响生产的情况下，用于程序和画面的修改。
1.3 系统总图
高炉自动化控制系统硬件和网络配置总图详见图1。
图中整个PLC系统配置1个CPU主机站、7个分站。主控室CRT3～CRT8为炉顶、高炉本体、上料、热风炉操作站，CRT1～CRT2为工程师站。联合水泵房和风机房、喷煤操作站在各自的控制室，也可在主控室显示画面。其中网络连接：以太网交换机EDS508-MM设置在高炉各控制室。
1.4 主要功能描述
本系统将是一个集顺序控制、过程控制、数据采集、工况监视、数据管理为一体的计算机控制管理系统。主要功能如下：（1）对阀门、电动机、高压柜合分闸、设备故障及保护等开关量控制。包括各分组设备的联锁、分组内部的自动联锁控制、组内单步连锁控制、系统单步调试。（2）对温度、压力、流量、称重等模拟量、电机启动及保护信号等开关量的采集和处理。（3）为了让操作人员迅速而精确地得到过程中异常情况的信息，该系统支持完善的报警监测和管理功能，显示当前所有正在进行的过程参数报警和系统硬件报警。报警有多种显示方法可选，按照时间、日期、优先级等有多种选择。（4）界面上可显示工艺控制流程图，图上有动态的实时数值显示、设备状态显示和事故信息显示及电气运行状态显示等可切换的动态画面。通过操作员界面，操作人员可以实现以下功能：显示测量值、设定值、输出值。对模拟回路可以手动改变设定值、输出值和控制方式等；对离散量可以手动操作设备的启停。画面显示指令状态和实际状态。（5）系统支持历史数据的记录存档，以实现定期对历史数据的连续记录。存档的数据可能存储在硬盘上。（6）趋势显示包括历史显示和实时显示等功能。趋势显示的形式，包括数字、棒图显示等多种实时或历史的趋势，直观易看，供调度员分析比较，找出生产的最佳运行规律和分析事故原因，改进管理方法。（7）系统能利用网络功能来灵活使用连接在计算机上的打印机。系统支持的打印机进行生产日报表、生产月报表。（8）画面美观、直接，操作人员只要用光标对应相应的按钮点机击即可操作，如目标能被选中，则允许操作，否则操作无效。（9）系统时间、模拟量报警上下限的设置和修正。（10）操作提示、在线帮助、故障自诊断。（11）一旦报警发生，画面上的报警状态改变，后发生的而且级别高的报警信息将显示。以前的报警信息则留在等待认知的报警信息清单上。（12）工程师站具有最高的权限，可对网络进行配置，下位机授权，控制软件修改等。
1.5 PLC控制的主要配置及功能
（1）炉顶系统：设置 S7-300分站，配置300系列4个开入模块、2个开出模块、2个模入模块、1个模出模块，用于布料程序控制和炉顶设备顺序控制；料流调节阀门控制；溜槽倾动和旋转控制；料位测量和探尺控制及炉顶均排压控制；炉顶稀油站的控制。
（2）槽下系统：设置 S7-400主站和2个远程站，主站配置400系列的CPU、通讯模块，扩展300系列的3个4个开入模块、2个开出模块、1个模入模块；主要控制料仓振动筛和给料机电机，成品、返矿、返粉、运焦皮带皮带电机的启停，采集称量斗的称重信号、称量斗的限位信号。1#远程站配置300系列的14个开入模块、2个开出模块，用于成品、返矿、返粉、运焦皮带跑偏、打滑、拉绳开关的信号输入，以及皮带、振动筛、称量斗机旁操作箱启停按钮信号的输入，控制称量斗油缸电磁阀。2#远程站配置300系列的4个开入模块、2个开出模块，用于料仓下料点除尘阀的限位、故障点的信号采集，主皮带合分闸及故障点的信号采集，以及控制主皮带电机启停和除尘阀的开闭。
（3）高炉本体：设置 S7-300分站，配置300系列16个模入模块、1个开出模块、1个开入模块、1个模出模块。用于高炉炉腰、炉身、炉缸、炉底各段温度信号采集，以及冲渣水、氮气、冷却水、氧气等流量的信号采集，冷风、热风、布料器等压力信号采集，并进行自动控制调节。
（4）热风炉系统：设置2个远程站。1#远程站主要作为电气设备的控制，配置300系列5个开入模块、1个开出模块。用于热风炉液压站、冷风阀、热风阀、煤气阀、空气阀等阀的控制。2#远程站主要作为仪表设备的控制，配置300系列9个模入模块。用于热风炉烟道、烟气预热前后、煤气、助燃风等温度检测，对煤气调节阀、助燃风调节阀、混风调节阀等阀门的控制。
（5）喷煤系统：设置 S7-300分站，配置300系列2个开入模块、2个开出模块、3个模入模块、1个模出模块。用于溜槽硫化阀、冲压阀、出煤阀、喷吹阀等阀门的控制，煤粉仓、罐温度信号采集，以及喷吹罐压力、煤粉总管压力、热风总管压力、喷吹罐重量、煤粉仓一氧化碳浓度等的信号采集。
（6）其它系统：干除尘、联合水泵房为大包系统，各自控制自身设备。
2 系统启动和运行
系统引导后直接进入主菜单。主菜单有四个选项：运行操作；历史曲线；报表打印；系统维护。每台工控机的画面由主画面和若干分画面组成，主画面只显示系统主工艺的重要数据，分画面能详细显示所有测点目标和数据的动态实时显示；以组操作为主，根据开车顺序分别起动各组电机进行操作。可随时打开历史曲线、报表并打印。通过密码进入系统进行维护。
3 结语
本座高炉自动化控制系统具有自己独特的配置，也与其它高炉有相似之处。主要以工控机集中控制为主，局部辅以机旁、集中控制。根据工艺要求和现场维护检修、操作的方便，优先选择了比较先进的软硬件设备，在设备布局上也做到了合理、紧凑，使高炉自动化控制系统能很好地满足生产的需要。
参考文献
[1]杨兵.高炉自动化（控制）系统.钢铁技术，2009年05期.
[2]李晶等.马钢第一炼铁厂9#高炉自动化控制系统.冶金动力，2002年05期.
作者简介
黄开平（1970-），男，四川省乐至县人，大学本科学历，高级工程师，现在新疆和静县新兴铸管新疆有限公司技术中心工作。研究方向为工业电气自动化，从事电气设计工作。
作者单位
新兴铸管新疆有限公司 新疆维吾尔自治区和静县 841300
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