摘要：介紹承鋼2500m3高爐基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)配置，根據(jù)所配PCS7系統(tǒng)的特點(diǎn)開發(fā)了用戶自定義功能庫。系統(tǒng)順利投產(chǎn)，該庫的使用很大的提高了軟件工作效率，便于統(tǒng)一維護(hù)程序庫，集中更新，保證了多項(xiàng)目數(shù)據(jù)的一致性。 關(guān)鍵詞：高爐；PCS7；用戶自定義功能庫； Abstract :This paper introduces that the configuration and the network for 2500m3 BFB fundamental control system in CHENGDE Iron and Steel Ltd.. We build up our user defined Library in our project with PCS7 software. After having put into production successfully, it confirmed that our library improves the programming efficiency, is easy to maintenance and update the library, ensures the consistency of data in the multi-project. Key Words : BFB；PCS7;User Defined Library 1. 項(xiàng)目簡介 承鋼5號(hào)高爐煉鐵車間的規(guī)模為一座2500m3高爐及其所屬輔助設(shè)施。主要工藝包括：2500m3高爐主體工藝設(shè)施，其中爐頂采用無料鐘串罐方式，熱風(fēng)爐系統(tǒng)采用3座頂燃式熱風(fēng)爐和2座預(yù)熱爐的方式；高爐循環(huán)水泵站；高爐噴煤制粉站；高爐除塵設(shè)施；槽上供料設(shè)施,鼓風(fēng)機(jī)站,空壓機(jī)站,鍋爐房等。本項(xiàng)目的控制范圍涉及上述工藝系統(tǒng)及其所屬輔助工藝設(shè)備。工藝總貌如圖1所示。 承鋼5號(hào)高爐的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是典型的電儀合一的大型高爐控制系統(tǒng)，具有較高的控制水平，系統(tǒng)包括：礦槽控制系統(tǒng)、爐頂控制系統(tǒng)、高爐本體控制系統(tǒng)、熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)、出鐵場控制系統(tǒng)、布袋除塵控制系統(tǒng)、水沖渣控制系統(tǒng)、煤粉制備控制系統(tǒng)、煤粉噴吹控制系統(tǒng)、高爐水處理控制系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)站及其水處理控制系統(tǒng)、煤氣柜控制系統(tǒng)、鍋爐控制系統(tǒng)等。 [align=center] 圖1：高爐工藝總貌[/align] 2. 控制系統(tǒng)構(gòu)成 本工程的控制系統(tǒng)考慮了SIEMENS公司“全集成自動(dòng)化”的理念，不僅選用了標(biāo)準(zhǔn)的PCS7控制控制站和操作站及相應(yīng)軟件，還選用了SCALANCE系列的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，其中包括冗余AS控制器4套，標(biāo)準(zhǔn)AS控制器11套，具有熱插拔功能的ET200M單元62套，Y-Link耦合器1套，OS SERVER 硬件及軟件1對(duì)（套），OS CLIENT硬件及軟件10套，OS 單站硬件及軟件14套，ES 工程師站硬件及軟件9套，SCALANCE各系列交換機(jī)21臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)附件若干?？刂葡到y(tǒng)配置圖如圖2所示：（公輔系統(tǒng)從略） [align=center] 圖2：控制系統(tǒng)配置圖[/align] 各控制站、控制站與操作站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)連接。其中，高爐主體部分為1000M光纖環(huán)網(wǎng)，操作站為SERVER/CLIENT結(jié)構(gòu)，設(shè)有冗余SERVER對(duì)和工程師站，在PlantBus和TerminalBus環(huán)網(wǎng)中選用了SCALANCE X414-3系列的1000M冗余管理型交換機(jī)；其它公輔系統(tǒng)以100M光纖星型方式接入主環(huán)網(wǎng)，該部分選用了SCALANCE X200系列的交換機(jī)。 控制器部分，對(duì)于礦槽系統(tǒng)、爐頂系統(tǒng)、高爐本體系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)等高爐主體部分選用AS417-4-2H組件包（雙電源模塊、雙CPU模塊，雙以太網(wǎng)通訊模塊、雙PROFIBUS通訊網(wǎng)絡(luò)），其它公輔系統(tǒng)選用AS414-3組件包。ET200M I/O部分選用帶有熱插拔功能的有源背板和具有高性能的接口模塊IM153-2HF，對(duì)于熱備系統(tǒng)則選用雙電源模塊、雙總線接口模塊。 工程師站、操作員站（包括SERVER、CLIENT、單站）均選用預(yù)裝有PCS7軟件的SIEMENS IL43系列工控機(jī)。 對(duì)于熱備系統(tǒng)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，選用Y-LINK將具有PROFIBUS接口的傳動(dòng)裝置和編碼器接入并實(shí)現(xiàn)切換的功能。 本系統(tǒng)還留有于二級(jí)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口，通過SCALANCE X200系列交換機(jī)連接至主環(huán)網(wǎng)并通過SCALANCE S硬件防火墻隔離 3. 控制系統(tǒng)完成的功能－用戶自定義功能庫 在PCS7所提供的功能庫的基礎(chǔ)上，我們對(duì)其進(jìn)行了延伸和擴(kuò)展，開發(fā)了適合冶金行業(yè)特別是高爐控制方面的自定義功能庫。通過使用該功能庫，工程師一次性的編程即可完成如下工作： [list] [＊]AS控制器中運(yùn)行的過程控制回路控制算法； [＊]針對(duì)控制回路在上位機(jī)中相關(guān)畫面下對(duì)應(yīng)的監(jiān)視回路圖標(biāo)； [＊]控制回路在上位機(jī)中對(duì)應(yīng)的操作及參數(shù)設(shè)置子畫面； [＊]控制回路對(duì)應(yīng)的相關(guān)報(bào)警信息、趨勢歸檔及用戶操作記錄等。 [/list] 如圖3所示的礦槽系統(tǒng)流程圖中包括了各種電機(jī)、電磁閥、電動(dòng)閥等69個(gè)電氣回路，都是通過在CFC中調(diào)用自定義功能庫中相應(yīng)類型的功能塊并編譯OS自動(dòng)上傳至流程畫面的。下面結(jié)合不可逆電機(jī)塊MOTOR_NR介紹自定義功能庫實(shí)現(xiàn)的功能。 [align=center] 圖3：礦槽系統(tǒng)流程圖[/align] 3．1．AS中的功能塊類型（block types） 首先需要定義功能塊的特性、聲明功能塊參數(shù)和本地變量。在這部分中，我們注重考慮了功能塊頭和功能塊參數(shù)中報(bào)警和OCM（operator control and monitor）這兩個(gè)屬性，以便可以將需要的變量狀態(tài)和報(bào)警消息顯示在block icon或faceplate上。例如電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、連鎖狀態(tài)、處于何種被控方式、是否處在報(bào)警狀態(tài)等，都可以通過定義功能塊管腳的OCM屬性上傳。還定義了功能塊管腳的文本屬性，從而可以在功能塊實(shí)例對(duì)應(yīng)管腳的屬性對(duì)話框中組態(tài)用于在OS上顯示的文本。如圖4中所示，由于在聲明參數(shù)屬性的代碼中定義了參數(shù)MONITOR、TIME_ON的文本屬性，因而可以在MONITOR管腳的的屬性對(duì)話框中定義當(dāng)MONITOR=0時(shí)顯示“監(jiān)視切除”，當(dāng)MONITOR=1時(shí)顯示“監(jiān)視投入”；在TIME_ON管腳的屬性對(duì)話框中定義其用于顯示的標(biāo)簽名“監(jiān)視時(shí)間”和單位“秒”。這樣使得大量用于顯示的信息都可以在AS中組態(tài)和修改，很好地保證AS/OS的一致性，并大量節(jié)省HMI的工作。 [align=center] 圖4：通過定義功能塊參數(shù)的文本屬性在OS上顯示文本[/align] 通過調(diào)用SFC6（RD_SINFO）讀取到相關(guān)的OB信息，實(shí)現(xiàn)了功能塊的初始化和異步啟動(dòng)及容錯(cuò)處理。例如，當(dāng)讀取到CPU暖啟動(dòng)時(shí)（OB100），我們編寫了某些重要參數(shù)的初始化程序，當(dāng)讀取到中斷信息（OB80、OB86），則編寫了錯(cuò)誤中斷或循環(huán)中斷處理程序。另外，通過定義SAMPLE_T管腳并配合激活編譯時(shí)的”Update Sampling Time”功能，可以自動(dòng)采集調(diào)用當(dāng)前功能塊的循環(huán)OB的時(shí)基值，省去了改變功能塊調(diào)用OB后的手動(dòng)改寫，既方便又減少了由于忘記改寫而帶來的錯(cuò)誤。 通過調(diào)用Alarm_8p功能塊，組態(tài)了用戶定義功能塊中的報(bào)警消息，將該功能塊中需要顯示的報(bào)警消息上傳至OS，如電機(jī)故障、運(yùn)行超時(shí)故障等。AS控制器從Stop狀態(tài)到Run狀態(tài)的過程中，CPU需要處理相關(guān)的初始化代碼，建立與上位機(jī)的通訊連接等。系統(tǒng)啟動(dòng)后再開始執(zhí)行循環(huán)程序，如果在啟動(dòng)初期，系統(tǒng)各控制回路同時(shí)有很多的報(bào)警消息需要上傳到OS，勢必導(dǎo)致此時(shí)的CPU負(fù)荷偏大。因此，在功能塊的代碼中考慮了報(bào)警抑制部分。此代碼在系統(tǒng)啟動(dòng)初期（或該功能塊被調(diào)用的前幾個(gè)循環(huán)中）抑制該回路的報(bào)警輸出。完成了Alarm_8p功能塊的組態(tài)和報(bào)警抑制代碼的編寫之后，還需要完成該功能塊的報(bào)警組態(tài)。在報(bào)警組態(tài)對(duì)話框中，定義了功能塊的報(bào)警類型、優(yōu)先級(jí)、區(qū)域、來源等特性。特別是利用功能塊相關(guān)報(bào)警定義的報(bào)警屬性可以應(yīng)用于該功能塊類型的所有實(shí)例。如圖5所示，定義了MOTOR_NR功能塊的3條報(bào)警消息的消息文本，通配符$$BlockComment$$代表功能塊實(shí)例中Comment字段中組態(tài)的內(nèi)容，因而可以根據(jù)不同的塊實(shí)例自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的報(bào)警消息，而不用逐條組態(tài)，該功能對(duì)于組態(tài)具有大量相同回路流程的報(bào)警非常方便。 [align=center] 圖5：功能塊報(bào)警的組態(tài)[/align] 3．2．OS中的監(jiān)控圖標(biāo)（Block Icon）和面板（Faceplate） 功能庫中每一種在OS上需要操作、監(jiān)控的功能塊都會(huì)對(duì)應(yīng)有自己的監(jiān)控圖標(biāo)Block Icon和相應(yīng)的面板Faceplate。這些Block Icon和Faceplate被存儲(chǔ)在項(xiàng)目的相應(yīng)文件中。當(dāng)進(jìn)行OS編譯時(shí)，激活Create/Update lock Icon選項(xiàng)后，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)功能塊的塊名自動(dòng)從這些圖庫中獲取相應(yīng)的Block Icon放入到對(duì)應(yīng)的圖形頁（Picture）中，并連接好相應(yīng)的變量和配套的面板。我們開發(fā)了較為豐富的Block Icon庫，而且根據(jù)不同現(xiàn)場的需要針對(duì)同一個(gè)功能塊還對(duì)應(yīng)了多個(gè)Block Icon，用于不同的顯示風(fēng)格。如圖6所示MOTOR_NR塊就對(duì)應(yīng)了6種Block Icon。屬性關(guān)鍵字為A、B、C的代表大圖標(biāo)，Am、Bm、Cm為小圖標(biāo)，A代表：灰色－電機(jī)停止；綠色－電機(jī)運(yùn)行；紅色－電機(jī)報(bào)警，B代表：紅色－電機(jī)停止；綠色－電機(jī)運(yùn)行；黃色－電機(jī)報(bào)警，C代表：綠色－電機(jī)停止；紅色－電機(jī)運(yùn)行；黃色－電機(jī)報(bào)警。具體的功能塊實(shí)例對(duì)應(yīng)的Block Icon則可以通過指定屬性關(guān)鍵字的方式組態(tài)。 [align=center] 圖6：MOTOR_NR塊的Block Icon[/align] 在一個(gè)項(xiàng)目中，同類型的功能塊實(shí)例在畫面中都會(huì)生成與之對(duì)應(yīng)的Block Icon實(shí)例，但卻只擁有一套Faceplate模板。在監(jiān)控畫面下，點(diǎn)擊某個(gè)功能塊實(shí)例對(duì)應(yīng)的Block Icon時(shí)，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的腳本從對(duì)應(yīng)的Block Icon實(shí)例中獲取該功能塊實(shí)例的相關(guān)屬性，并基于通用的Faceplate模板創(chuàng)建相應(yīng)的Faceplate實(shí)例進(jìn)行監(jiān)控。由于同一個(gè)功能塊類型只對(duì)應(yīng)一套Faceplate，在具有大量相同回路的流程中就省去了大量彈出子畫面的重復(fù)、單調(diào)的制作。如圖7所示MOTOR_NR塊主要有3個(gè)可以切換的面板： [list] [＊]操作面板－用于電機(jī)各狀態(tài)顯示、設(shè)備診斷和常規(guī)操作（帶有操作記錄功能）； [＊]設(shè)定面板－用于設(shè)置某些重要參數(shù)（通常帶有權(quán)限）； [＊]報(bào)警面板－用于顯示和處理于本電機(jī)回路有關(guān)的報(bào)警。 [/list] [align=center] 圖7：MOTOR_NR塊的Faceplate[/align] 3．3．其它功能 除上述功能外還開發(fā)了如下功能：功能塊的在線幫助功能：與系統(tǒng)提供的功能塊類似，用戶自定義功能庫同樣可以通過選擇對(duì)應(yīng)功能塊并點(diǎn)擊F1鍵的方式自動(dòng)聚焦到該功能塊的幫助主題上，使用起來方便靈活。所需要做的是為功能塊創(chuàng)建幫助文件（＊.hlp）和目錄文件（＊.cnt）并制作注冊(cè)表文件。 功能塊的發(fā)布：創(chuàng)建了用戶自定義功能庫后，需要將庫發(fā)布方可被其它工程師使用。發(fā)布后的功能庫可以打包成一個(gè)可執(zhí)行文件安裝在其它機(jī)器中，同系統(tǒng)提供的功能庫一樣被其它工程師使用。所發(fā)布功能庫的安裝文件包含AS功能塊、Block Icon、Faceplate和在線幫助系統(tǒng)。 功能庫的更新：由于建立了基于多項(xiàng)目的主數(shù)據(jù)庫，所以主數(shù)據(jù)庫中的功能庫修改后可以通過清晰、明確的更新向?qū)Ц旅總€(gè)子項(xiàng)目中的功能塊實(shí)例，這樣便于統(tǒng)一維護(hù)程序庫，集中更新，保證了多項(xiàng)目數(shù)據(jù)的一致性。而Block Icon和Faceplate的更新則可通過將修改后的文件拷貝到相應(yīng)目錄下并編譯OS來實(shí)現(xiàn)。 4. 項(xiàng)目運(yùn)行 承鋼5號(hào)2500m3高爐項(xiàng)目于2006年12月5日出鐵投產(chǎn)成功。投產(chǎn)后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，特別是熱備控制器性能較好，象礦槽系統(tǒng)、爐頂系統(tǒng)等程序量較大的部分在熱備條件下，CPU的掃描周期仍在40毫秒左右。由于合理的規(guī)劃了工程結(jié)構(gòu)，特別是開發(fā)了基于多項(xiàng)目的符合生產(chǎn)工藝的用戶自定義功能庫，該工程從編程、調(diào)試到投產(chǎn)只用了兩個(gè)來月的時(shí)間。對(duì)同等規(guī)模的高爐來說，可節(jié)省十幾個(gè)人月的人工時(shí)。這也正是PCS7系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作的成效在承鋼高爐工程中得到了初步的體現(xiàn)和驗(yàn)證。 5. 應(yīng)用體會(huì) 工程中借助PCS7平臺(tái)，有利于我們編制出更為標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的用戶自定義功能庫。該軟件從形式上將編程軟件、監(jiān)控軟件、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件集中在同一平臺(tái)，從功能上將控制器功能塊的各種信息通過編譯OS（compile OS）的方式上傳到OS的WinCC項(xiàng)目中 ，并自動(dòng)生成變量標(biāo)簽（Tags）、調(diào)用動(dòng)態(tài)圖標(biāo)（block icons）及其對(duì)應(yīng)的彈出面板（faceplate）、生成報(bào)警消息（Message）、趨勢（Trend）等，甚至連靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的文本信息也可以直接由AS塊編譯后在OS中生成，這樣OS部分的工作非常簡便，大部分的工作都集中AS上，便于統(tǒng)一維護(hù)程序庫，集中更新，保證多項(xiàng)目數(shù)據(jù)的一致性，省去了原先AS、OS兩部分握手的大量工作。目前各大PLC系統(tǒng)生產(chǎn)商都相繼推出了類似功能，例如Schneider公司的UAG軟件，Rockwell公司的Logixview軟件等，但與PCS7平臺(tái)提供的有關(guān)軟件功能相比，上述軟件基本是在PLC編程軟件和HMI組態(tài)軟件之外添加了第三套軟件，用于完成PLC與HMI的握手。這樣就增加了在不同軟件界面間的導(dǎo)入、導(dǎo)出或是派生的過程，可操作性較為復(fù)雜，程序?qū)哟闻c畫面結(jié)構(gòu)的聯(lián)系得不到較好的體現(xiàn)。 用戶自定義功能庫中的AS功能塊、OS中的block icon和faceplate是相互聯(lián)系緊密的整體，所以在編寫程序的前期，對(duì)功能庫中的各部分做一個(gè)全面的規(guī)劃和較為細(xì)致的設(shè)計(jì)是非常必要的。比如在設(shè)計(jì)AS側(cè)的Block Type時(shí)，我們較為充分的考慮了操作員需要監(jiān)控的輸入、輸出及輸入輸出接口，以及所需的操作方式等，并結(jié)合系統(tǒng)屬性（OCM相關(guān)）來對(duì)各個(gè)端口進(jìn)行定義，以便這些端口可以在OS上正常、靈活的顯示與操作。對(duì)于相關(guān)參數(shù)的選擇我們考慮了如下方面： [list] [＊]為了獲得設(shè)備清晰的狀態(tài)信息，操作員需要監(jiān)控什么類型的數(shù)據(jù)； [＊]用何種方式顯示這些變量； [＊]哪些變量可以被操作員控制； [＊]操作時(shí)需要哪級(jí)操作權(quán)限； [＊]有沒有與過程變量相關(guān)的權(quán)限連鎖； [＊]各個(gè)變量將在什么視圖窗口中顯示； [/list] 使用PCS7中的用戶自定義功能庫編程設(shè)備類型規(guī)整且同類設(shè)備眾多的項(xiàng)目確實(shí)非常方便，但對(duì)于一些規(guī)模較小、設(shè)備類型較雜、接口較多的項(xiàng)目也存在一些不靈活方便的地方。比如PCS7中不建議直接在流程畫面中使用WinCC提供的控件來對(duì)過程變量進(jìn)行操作，象按鈕、I/O域等。使用此方法系統(tǒng)將不會(huì)進(jìn)行授權(quán)確認(rèn)，而且不會(huì)為這些操作產(chǎn)生操作員記錄（Operator List）。而在實(shí)際的工程項(xiàng)目中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)增加一些位操作的情況，對(duì)于這些操作目前我們正在摸索如何能夠產(chǎn)生操作記錄的方法，同時(shí)也希望PCS7軟件能夠不斷完善，提供給我們更為靈活、簡便的工具來解決這些問題。