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摘要介绍了一个采用IFIX组态软件的高炉TRT自动化系统，该系统具有强大的监视、控制和管理功能。该系统不仅能够实时地显示被监控设备的各种数据，而且还把数据的变化以动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、趋势曲线、历史记录、报表打印等功能。
关键词 IFIX组态软件高炉TRT 监控系统
中图分类号：TN711 文献标识码：A
0引言
IFIX是全球领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件，已有超过300，000套以上的软件在全球运行。世界上许多最成功的制造商都依靠 GE 的IFIX软件来全面监控和分布管理全厂范围的生产数据。在包括冶金、電力、石油化工、制药、生物技术、包装、食品饮料、石油天然气等各种工业应用当中，IFIX 独树一帜地集强大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成为任何生产环境下全面的HMI/SCADA解决方案。 利用IFIX各种领先的专利技术，可以帮助企业制定出更快、更有效的商业及生产决策，以使企业具有更强的竞争力。
1 能量回收透平装置
能量回收透平装置是利用各种工艺气体所具有的压力能、热能，通过一台透平膨胀机膨胀作功，来进行能量回收的一种节能装置。该装置主要由透平膨胀机和发电机(或其他负载)所构成。能量回收透平装置由于具有结构简单，操作维护方便、工质少污染、容量大、寿命长和节能显著的优点，较活塞式等容积型膨胀机回收装置有明显的优越性，因而，在能源的综合利用方面获得了越来越广泛的应用。
1.1高炉煤气余压回收透平装置(TRT)简介
高炉煤气余压回收透平装置是利用高炉煤气具有的压力能和热能，使煤气通过透平膨胀机膨胀作功，驱动发电机发电，进行能量回收的一种装置。该装置简称TRT。
众所周知，钢铁企业炼铁消耗能源占全厂总能耗的70%,其中约55%用于高炉，而且随着高炉越来越趋向于大型化和高压炉顶，这样高炉鼓风所需的能耗也越来越大，又由于炉顶压力是由减压阀组控制的，故顶压越高，在减压阀组上浪费的能量就越多，产生的噪音也越大，对环境造成的污染也越严重。TRT的工作原理是透平膨胀机将原来损耗在减压阀组上的高炉煤气的压力能转换成机械能，在通过发电机将机械能变为电能输送给电网。据统计显示，TRT回收的能量相当于高炉鼓风能量的三分之一左右。
高炉安装了TRT机组，既回收了原来浪费在减压阀组上的能量而变成电能，同时又改善了顶压调节品质，更有利于高炉生产，另外又防止了环境污染，总之，TRT机组既具有显著的经济效益，又具有明显的社会效益。因此，被冶金部列为钢铁企业重大节能技术推广应用。
1.2 PLC及IFIX介绍
PLC （Programmable Logic Controller），可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。
IFIX是由美国Intellution公司开发的工业自动化组态软件，所谓组态的概念来自configuration,是指使用软件工具对计算机软硬件资源进行配置，达到使计算机按照预先配置，自动执行任务，满足使用者要求的目的。组态软件是一些数据采集与工程控制的专用软件，它们是在自动化控制系统监控层的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发环境和简洁的使用方法，通过调用内部预置的软件模块，可以方便的实现监控的基本功能。目前，主要的组态软件包括有：InTouch、IFIX、Citect、WINCC、组态王、Controx(开物)、ForceControl（力控）等。其中，IFIX组态软件集中了控制技术、网络技术、数据库技术及人机交互界面技术，软件功能强大，组态灵活方便，采用许多工业标准技术，保证其开放性和扩展性，满足分布式SCADA系统的要求。
2 控制系统的组成
2.1系统软硬件配置
硬件配置：施耐德Quantum系列PLC、研华工控机、光纤交换机及网络设备。
软件配置：IFIX 3.5、Unity Pro XL、MBE驱动。
2.2连接：
MBE驱动与OPC通讯方式一样，首先添加Channel；添加Device并设定设备的IP地址，此地址与Quantum模块的CPU地址一样；最后添加DateBlock数据块并依次设置Starting与Ending的地址范围、数据类型、死区范围与扫描周期。
在IFIX的“数据管理器”中建立Item、驱动类型、地址、工程单位、报警值与报警区域。
2.3优缺点
优点：IFIX 软件功能强大，对控制系统中所要求实现的控制功能都能实现。
内嵌VBA（Visual Basic for Application）编程，简便易学。在不需要懂得很多VBA 编程技巧的情况下，也能发挥出强大功能。
画面功能非常强大，IFIX 软件包含大量图形工具，使用户能够快速简单地开发系统。
集成发展环境：Workspace TM，应用十分灵活、方便。
增强的网络功能 ，为系统提供灵活的可扩展性。
IFIX 采用许多工业标准技术，保证其开放性和可扩展性，使得系统的开发和集成变得十分简便。
增强的安全性和可靠性。
缺点：需要对OPC通讯有充分的了解。
另外，也可以通过其他公司的OPC软件进行通讯，例如用开普的KEPServerEx作为OPC服务器，实现与上诉方法类似，不同的是必须在OPC服务器中建立标签与施耐德Quantum系列PLC中存储地址对应。在复杂的系统中，如果系统同时有西门子300系列PLC存在，或其他PLC系列，IFIX都可以方便的通过OPC进行读写操作。
3 TRT系统控制原理
TRT控制系统包括：TRT启动条件；高炉值班室允许；入口蝶阀的控制；升速PID调节；离合器的啮合；强顶压控制等五个主要的控制对象。其工作原理是：利用高炉顶压的能量带动透平膨胀机的叶轮转动，通过离合器与轴流鼓风机相联，从而达到节能的作用。
3.1 炉顶压力调节及控制
高炉炉顶压力控制系统从控制系统的结构上来看可分为TRT设备启动时、运行时和紧急停车时的控制系统。
正常投运过程———减压阀组控制回路只在原有系统上并联一个调节回路来控制TRT系统中的可调静叶,在不改变高炉操作的情况下利用可调静叶实现自动控制炉顶压力。高炉炉顶压力可由TRT控制也可由减压阀组控制。
正常停机过程———正常停机时与启动过程相反TRT侧炉顶压力调节回路的设定值为高炉顶压设定值加上一个偏差0.3kPa，这样该控制系统将控制可调静叶慢慢关小。由于高炉侧炉顶压力调节回路始终处于自动控制等待状态在让可调静叶缓慢关闭的同时迫使减压阀组逐渐打开。
3.2转速控制
转速控制分自动控制和手动控制两种方式，控制对象为静叶。
自动控制—自动升速的控制过程是一个转速PID调节器的设定值随时间不断增大的过程。这个过程的实现是通过互为反函数的静叶控制时间曲线和转速设定升速曲线来实现的。
手动控制—手动升速方式运行时通过画面设定来控制转速。当转速升到2992rpm的时候PLC发出投入运行的信号。
3.3升功率控制
功率控制分手动和自动两种方式控制对象为静叶。当发电机并网后透平转速与电网频率同步经人工确认后系统进入升功率阶段此时控制系统打开入口蝶阀关闭啟动阀功率调节系统的输出用于控制可调静叶的开度。功率调节器的设定值以一定的上升速率增大其上升速率应保证高炉顶压波动不超过±3kPa。随着可调静叶的开度不断增大发电机输出功率不断增加减压阀组的开度不断减小当减压阀组全关后发电机输出功率不可能再增大系统就进入了顶压调节阶段。
3.4 快开旁通阀控制
快开旁通阀共有2个为液压伺服驱动的阀门。当机组发生重故障停机的时候计算机发出停机指令快切阀立刻动作进行快切然后打开快开旁通阀控制顶压。
3.5 报警及安全联锁控制
通过软件编程使各种参数的超限及设备的故障诊断都能发出报警信号并将超限的参数和故障发生的部位显示出来。在紧急停机情况下该控制系统能实现自动停机并记录、打印停机事故原因。除上述由计算机实现的安全联锁外还设计了独立于计算机的安全联锁系统并能实现自动和手动操作。
4IFIX 软件在TRT项目操作站中的配置
在此项目中我们采用Windows 2000 Professional 操作系统，该系统是现在工业控制中广泛采用的操作系统，具有稳定高效、不容易崩溃等良好特点，适合监控系统运行时要求安全、稳定的要求。IFIX采用了开放式的系统结构，并运用了微软的一些工业标准技术可以在很短的时间内就可以开发出非常直观，十分有利于监控系统的集成开发。
4.1 网络及设备驱动的配置
利用工业以太网使PLC 与下位机之间通讯，软件采用了iFIX3.5，利用MBE驱动程序从设备获取数据。IFIX 软件提供与PLC 等硬件设备的接口，可将数据从寄存器中读出。
IFIX 组态软件首先通过MBE 驱动程序软件接口从现场的Quantum 模板中获取数据， 存入DIT 驱动程序映像表中，IFIX 的内部数据库（PDB）通过SAC 程序从DIT 表中获取它所需的数据，应用软件（如IFIX的画面运行程序、报表生成程序等）都通过内部数据库访问软件从IFIX内部数据库中获取来自过程硬件的信息，这样就可以实现在工业流程画面上动态地显示现场各过程硬件的运行状态，数据也可以按相反的顺序写回现场模板，执行控制操作。
4.2 应用程序的配置
IFIX 最重要的功能是为用户提供了可视化的窗口进行过程信息处理。IFIX 在用户屏幕上提供的图形化过程信息，包括原始数据、计算数据、报警、变量字符串、点信息、趋势报警或变量状态。图形应用程序的核心是从数据库访问信息。为了直接显示数据，图形应用程序提供了多样性的链接方式，链接可以有多种格式及配置的灵活选择，对系统或过程数据进行显示。操作人员使用链接也能向数据库写数据。数据源来自IFIX数据库，这些数据传输可以是双向的。
5 小结
利用IFIX的先进控制技术，我们完成了对TRT项目操作站的设计与制作，并出色的完成了项目所要求的各项任务，陕西鼓风机（集团）有限公司的TRT吸收国内外先进技术，该机组在永通公司580m³高炉落成，自2008年元月份投入运行以来，机组运行稳定，未出现过一次因软件问题影响生的事故，平均每日省电4.8万度，经济效益明显，在控制高炉炉顶压力方面，只有7KPa左右的波动，对促使高炉顺行、增产起到了非常好的作用。
关键词 IFIX组态软件高炉TRT 监控系统
中图分类号：TN711 文献标识码：A
0引言
IFIX是全球领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件，已有超过300，000套以上的软件在全球运行。世界上许多最成功的制造商都依靠 GE 的IFIX软件来全面监控和分布管理全厂范围的生产数据。在包括冶金、電力、石油化工、制药、生物技术、包装、食品饮料、石油天然气等各种工业应用当中，IFIX 独树一帜地集强大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成为任何生产环境下全面的HMI/SCADA解决方案。 利用IFIX各种领先的专利技术，可以帮助企业制定出更快、更有效的商业及生产决策，以使企业具有更强的竞争力。
1 能量回收透平装置
能量回收透平装置是利用各种工艺气体所具有的压力能、热能，通过一台透平膨胀机膨胀作功，来进行能量回收的一种节能装置。该装置主要由透平膨胀机和发电机(或其他负载)所构成。能量回收透平装置由于具有结构简单，操作维护方便、工质少污染、容量大、寿命长和节能显著的优点，较活塞式等容积型膨胀机回收装置有明显的优越性，因而，在能源的综合利用方面获得了越来越广泛的应用。
1.1高炉煤气余压回收透平装置(TRT)简介
高炉煤气余压回收透平装置是利用高炉煤气具有的压力能和热能，使煤气通过透平膨胀机膨胀作功，驱动发电机发电，进行能量回收的一种装置。该装置简称TRT。
众所周知，钢铁企业炼铁消耗能源占全厂总能耗的70%,其中约55%用于高炉，而且随着高炉越来越趋向于大型化和高压炉顶，这样高炉鼓风所需的能耗也越来越大，又由于炉顶压力是由减压阀组控制的，故顶压越高，在减压阀组上浪费的能量就越多，产生的噪音也越大，对环境造成的污染也越严重。TRT的工作原理是透平膨胀机将原来损耗在减压阀组上的高炉煤气的压力能转换成机械能，在通过发电机将机械能变为电能输送给电网。据统计显示，TRT回收的能量相当于高炉鼓风能量的三分之一左右。
高炉安装了TRT机组，既回收了原来浪费在减压阀组上的能量而变成电能，同时又改善了顶压调节品质，更有利于高炉生产，另外又防止了环境污染，总之，TRT机组既具有显著的经济效益，又具有明显的社会效益。因此，被冶金部列为钢铁企业重大节能技术推广应用。
1.2 PLC及IFIX介绍
PLC （Programmable Logic Controller），可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。
IFIX是由美国Intellution公司开发的工业自动化组态软件，所谓组态的概念来自configuration,是指使用软件工具对计算机软硬件资源进行配置，达到使计算机按照预先配置，自动执行任务，满足使用者要求的目的。组态软件是一些数据采集与工程控制的专用软件，它们是在自动化控制系统监控层的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发环境和简洁的使用方法，通过调用内部预置的软件模块，可以方便的实现监控的基本功能。目前，主要的组态软件包括有：InTouch、IFIX、Citect、WINCC、组态王、Controx(开物)、ForceControl（力控）等。其中，IFIX组态软件集中了控制技术、网络技术、数据库技术及人机交互界面技术，软件功能强大，组态灵活方便，采用许多工业标准技术，保证其开放性和扩展性，满足分布式SCADA系统的要求。
2 控制系统的组成
2.1系统软硬件配置
硬件配置：施耐德Quantum系列PLC、研华工控机、光纤交换机及网络设备。
软件配置：IFIX 3.5、Unity Pro XL、MBE驱动。
2.2连接：
MBE驱动与OPC通讯方式一样，首先添加Channel；添加Device并设定设备的IP地址，此地址与Quantum模块的CPU地址一样；最后添加DateBlock数据块并依次设置Starting与Ending的地址范围、数据类型、死区范围与扫描周期。
在IFIX的“数据管理器”中建立Item、驱动类型、地址、工程单位、报警值与报警区域。
2.3优缺点
优点：IFIX 软件功能强大，对控制系统中所要求实现的控制功能都能实现。
内嵌VBA（Visual Basic for Application）编程，简便易学。在不需要懂得很多VBA 编程技巧的情况下，也能发挥出强大功能。
画面功能非常强大，IFIX 软件包含大量图形工具，使用户能够快速简单地开发系统。
集成发展环境：Workspace TM，应用十分灵活、方便。
增强的网络功能 ，为系统提供灵活的可扩展性。
IFIX 采用许多工业标准技术，保证其开放性和可扩展性，使得系统的开发和集成变得十分简便。
增强的安全性和可靠性。
缺点：需要对OPC通讯有充分的了解。
另外，也可以通过其他公司的OPC软件进行通讯，例如用开普的KEPServerEx作为OPC服务器，实现与上诉方法类似，不同的是必须在OPC服务器中建立标签与施耐德Quantum系列PLC中存储地址对应。在复杂的系统中，如果系统同时有西门子300系列PLC存在，或其他PLC系列，IFIX都可以方便的通过OPC进行读写操作。
3 TRT系统控制原理
TRT控制系统包括：TRT启动条件；高炉值班室允许；入口蝶阀的控制；升速PID调节；离合器的啮合；强顶压控制等五个主要的控制对象。其工作原理是：利用高炉顶压的能量带动透平膨胀机的叶轮转动，通过离合器与轴流鼓风机相联，从而达到节能的作用。
3.1 炉顶压力调节及控制
高炉炉顶压力控制系统从控制系统的结构上来看可分为TRT设备启动时、运行时和紧急停车时的控制系统。
正常投运过程———减压阀组控制回路只在原有系统上并联一个调节回路来控制TRT系统中的可调静叶,在不改变高炉操作的情况下利用可调静叶实现自动控制炉顶压力。高炉炉顶压力可由TRT控制也可由减压阀组控制。
正常停机过程———正常停机时与启动过程相反TRT侧炉顶压力调节回路的设定值为高炉顶压设定值加上一个偏差0.3kPa，这样该控制系统将控制可调静叶慢慢关小。由于高炉侧炉顶压力调节回路始终处于自动控制等待状态在让可调静叶缓慢关闭的同时迫使减压阀组逐渐打开。
3.2转速控制
转速控制分自动控制和手动控制两种方式，控制对象为静叶。
自动控制—自动升速的控制过程是一个转速PID调节器的设定值随时间不断增大的过程。这个过程的实现是通过互为反函数的静叶控制时间曲线和转速设定升速曲线来实现的。
手动控制—手动升速方式运行时通过画面设定来控制转速。当转速升到2992rpm的时候PLC发出投入运行的信号。
3.3升功率控制
功率控制分手动和自动两种方式控制对象为静叶。当发电机并网后透平转速与电网频率同步经人工确认后系统进入升功率阶段此时控制系统打开入口蝶阀关闭啟动阀功率调节系统的输出用于控制可调静叶的开度。功率调节器的设定值以一定的上升速率增大其上升速率应保证高炉顶压波动不超过±3kPa。随着可调静叶的开度不断增大发电机输出功率不断增加减压阀组的开度不断减小当减压阀组全关后发电机输出功率不可能再增大系统就进入了顶压调节阶段。
3.4 快开旁通阀控制
快开旁通阀共有2个为液压伺服驱动的阀门。当机组发生重故障停机的时候计算机发出停机指令快切阀立刻动作进行快切然后打开快开旁通阀控制顶压。
3.5 报警及安全联锁控制
通过软件编程使各种参数的超限及设备的故障诊断都能发出报警信号并将超限的参数和故障发生的部位显示出来。在紧急停机情况下该控制系统能实现自动停机并记录、打印停机事故原因。除上述由计算机实现的安全联锁外还设计了独立于计算机的安全联锁系统并能实现自动和手动操作。
4IFIX 软件在TRT项目操作站中的配置
在此项目中我们采用Windows 2000 Professional 操作系统，该系统是现在工业控制中广泛采用的操作系统，具有稳定高效、不容易崩溃等良好特点，适合监控系统运行时要求安全、稳定的要求。IFIX采用了开放式的系统结构，并运用了微软的一些工业标准技术可以在很短的时间内就可以开发出非常直观，十分有利于监控系统的集成开发。
4.1 网络及设备驱动的配置
利用工业以太网使PLC 与下位机之间通讯，软件采用了iFIX3.5，利用MBE驱动程序从设备获取数据。IFIX 软件提供与PLC 等硬件设备的接口，可将数据从寄存器中读出。
IFIX 组态软件首先通过MBE 驱动程序软件接口从现场的Quantum 模板中获取数据， 存入DIT 驱动程序映像表中，IFIX 的内部数据库（PDB）通过SAC 程序从DIT 表中获取它所需的数据，应用软件（如IFIX的画面运行程序、报表生成程序等）都通过内部数据库访问软件从IFIX内部数据库中获取来自过程硬件的信息，这样就可以实现在工业流程画面上动态地显示现场各过程硬件的运行状态，数据也可以按相反的顺序写回现场模板，执行控制操作。
4.2 应用程序的配置
IFIX 最重要的功能是为用户提供了可视化的窗口进行过程信息处理。IFIX 在用户屏幕上提供的图形化过程信息，包括原始数据、计算数据、报警、变量字符串、点信息、趋势报警或变量状态。图形应用程序的核心是从数据库访问信息。为了直接显示数据，图形应用程序提供了多样性的链接方式，链接可以有多种格式及配置的灵活选择，对系统或过程数据进行显示。操作人员使用链接也能向数据库写数据。数据源来自IFIX数据库，这些数据传输可以是双向的。
5 小结
利用IFIX的先进控制技术，我们完成了对TRT项目操作站的设计与制作，并出色的完成了项目所要求的各项任务，陕西鼓风机（集团）有限公司的TRT吸收国内外先进技术，该机组在永通公司580m³高炉落成，自2008年元月份投入运行以来，机组运行稳定，未出现过一次因软件问题影响生的事故，平均每日省电4.8万度，经济效益明显，在控制高炉炉顶压力方面，只有7KPa左右的波动，对促使高炉顺行、增产起到了非常好的作用。