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【摘要】应节能环保要求，宣钢分别建了15万立方米的转炉煤气柜和10万立方米的焦炉煤气柜，主要负责转炉煤气和焦炉煤气的回收、储存、混合和加压输送，本文主要介绍了ABB自动控制系统在气柜设备中的实现。
为了保证设备运行经济可靠，宣钢气柜工程采用ABB公司的AC800F冗余控制系统，现场采用TURCK公司的防爆型现场总线控制模块，可以有力保障转炉炼钢的工艺需求，适应快节奏的生产，提高冶炼水平。
1、系统及工艺概述
整个气柜设备主要包括：煤气加压站主要是为煤气混合站输送所需的、壓力稳定的煤气；压缩站主要为用户提供压力稳定的高压焦炉煤气；煤气混合站则把高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气混合到需求的流量、压力、热值稳定的混合煤气，提供给后续用户使用；煤气净化系统用于实现焦炉煤气压缩前的煤气净化。
2、控制方案
2.1总体思路
为了系统运行的可靠性，整个系统设计采用ABB公司的Freelance2000集散控制系统，该系统是通过以太网和基于现场总线技术的控制网络连接的综合信息系统。系统设计总体思路是采用冗余控制，包括冗余的控制器、I/O站，通讯模块、交换机、供电电源以及操作员站，这样在系统运行过程中，任何一个通讯及控制环节出现问题，均会无扰切换到另一热备件，极大的保证了系统稳定运行。
2.2控制系统硬件配置
Freelance 2000系统的硬件由工程师站、操作员站、现场控制站AC800F（包括现场总线模块FI830、电源模块SA811、以太网通讯模块EI813）、交换机、I/O站、系统网络等组成。
AC800F控制器的主要任务是协调控制站的硬件和软件，实现核心数据处理及逻辑运算功能，如完成计算控制、处理上下网络通讯、诊断冗余等。I/O站包括CI840、AI810、AO810、DI810、DO810等模块。FI830与I/O站之间为Profibus连接。
2.3系统组态软件
本系统选用ABB配套的系统组态软件ABB9.1实现软件组态，ABB软件包含了Control Builder F（CBF）程序编制软件和Digivis运行画面监视软件两个部分。工程师站中安装一体化的组态软件CBF和Digivis，选用功能方块图FBD语言在CBF编程软件环境下编制程序，由Dgivis运行画面监视软件实时查看设备运行参数，并且根据实际运转情况操作设备，实现设备的自动运行。
2.4网络连接
为了确保系统通讯稳定，网络连接也采用冗余方式，控制器AC800F与操作员站采用的是工业以太网TCP—IP协议，控制器AC800F与现场I/O模块采用Profibus-DP通讯。
3、系统各功能控制过程的实现
3.1油泵控制功能的实现
油泵采用一用一备工作制，两种控制方式（远程控制及就地机旁操作）。机旁操作时，所控设备不参与任何连锁，仅实现对单体设备进行操作。通常情况下油泵采用远程控制，油泵的运行与油水分离器液位进行连锁自动运行，当油水分离器液位达到上限时处于一级工作状态的油泵启动，若液位继续上升到上上限时，处于二级状态的油泵也随之启动。工作一段时间后，当液位逐渐下降至设定值后，油泵相继停止工作，顺序为二级油泵先停，一级油泵后停。当油泵选择手动运行方式时，可通过监控机画面上的操作按钮对单体设备实现启停操作并参与相关的连锁控制。
3.2加压机控制功能的实现
焦炉煤气设四台加压机，采用三台工作一台备用的工作制，现场操作箱为急停装置。正常工况下每个加压机组中有一台工频运行，其余两台加压机变频运行。在进行恒压控制时，待加压机组中一台达到工频运行后，其余两台变频运行的加压机，根据压力的变化情况同时进行变频调速完成PID调节，使管道内煤气的输出压力达到一个恒定的状态，变频器控制程序如图1：
4、TURCK防爆型现场总线模块的应用
由于是煤气区域，防火防爆是重中之重，因此采用的通讯模块为图尔克公司生产的防爆型总线式本安远程I/O系统。该系统控制箱具有良好的密封性、防腐蚀性及防火性，安全系数高，工作稳定性强，防爆等级高，可以在较恶劣的环境中稳定工作。此外还具有以下几个特点：所有参数均可在线设定，支持HART协议的传输，所有部件的更换和扩展均可在线进行，模块拔插无需借助工具，模拟量和开关量的I/O替代值设定功能等，这些都大大方便了日后技术人员的维护，对保证整个控制系统的稳定起到了非常重要的作用。
该系统通过总线与AC800F控制系统的FI830通信。因此在程序组态的硬件中加入对应的GSD文件，根据需要加入对应的模块。其中网关模块使用的是GDP-IS/FW2.0，它控制着I/O模块与控制系统间的数据通讯工作，肩负着主设备和从设备的双重任务，作为主设备，它控制着内部总线的正常工作，作为从设备，它又担负着与上一层总线的通信任务，因此网关模块采取了冗余配置，确保了系统数据通信的可靠性。
此外，充分考虑到现场的工作环境，在总线连接上，采用了在危险场所中所应用的防爆9孔D-SUB接头。由于物理层使用RS485 Ex-i，在危险场所使用时还需要安装一台DP-Ex-i段耦合器。
5、结语
自2011年1月煤气柜正式运行至今，各项参数监视正常，自动控制稳定，操作员站、控制站运行无故障，保障了煤气正常存储和外供。
作者简介
赵晓亮，男，1981年生，2004年毕业于河北理工大学自动化专业，工程师，现从事自动控制开发及维护工作。
为了保证设备运行经济可靠，宣钢气柜工程采用ABB公司的AC800F冗余控制系统，现场采用TURCK公司的防爆型现场总线控制模块，可以有力保障转炉炼钢的工艺需求，适应快节奏的生产，提高冶炼水平。
1、系统及工艺概述
整个气柜设备主要包括：煤气加压站主要是为煤气混合站输送所需的、壓力稳定的煤气；压缩站主要为用户提供压力稳定的高压焦炉煤气；煤气混合站则把高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气混合到需求的流量、压力、热值稳定的混合煤气，提供给后续用户使用；煤气净化系统用于实现焦炉煤气压缩前的煤气净化。
2、控制方案
2.1总体思路
为了系统运行的可靠性，整个系统设计采用ABB公司的Freelance2000集散控制系统，该系统是通过以太网和基于现场总线技术的控制网络连接的综合信息系统。系统设计总体思路是采用冗余控制，包括冗余的控制器、I/O站，通讯模块、交换机、供电电源以及操作员站，这样在系统运行过程中，任何一个通讯及控制环节出现问题，均会无扰切换到另一热备件，极大的保证了系统稳定运行。
2.2控制系统硬件配置
Freelance 2000系统的硬件由工程师站、操作员站、现场控制站AC800F（包括现场总线模块FI830、电源模块SA811、以太网通讯模块EI813）、交换机、I/O站、系统网络等组成。
AC800F控制器的主要任务是协调控制站的硬件和软件，实现核心数据处理及逻辑运算功能，如完成计算控制、处理上下网络通讯、诊断冗余等。I/O站包括CI840、AI810、AO810、DI810、DO810等模块。FI830与I/O站之间为Profibus连接。
2.3系统组态软件
本系统选用ABB配套的系统组态软件ABB9.1实现软件组态，ABB软件包含了Control Builder F（CBF）程序编制软件和Digivis运行画面监视软件两个部分。工程师站中安装一体化的组态软件CBF和Digivis，选用功能方块图FBD语言在CBF编程软件环境下编制程序，由Dgivis运行画面监视软件实时查看设备运行参数，并且根据实际运转情况操作设备，实现设备的自动运行。
2.4网络连接
为了确保系统通讯稳定，网络连接也采用冗余方式，控制器AC800F与操作员站采用的是工业以太网TCP—IP协议，控制器AC800F与现场I/O模块采用Profibus-DP通讯。
3、系统各功能控制过程的实现
3.1油泵控制功能的实现
油泵采用一用一备工作制，两种控制方式（远程控制及就地机旁操作）。机旁操作时，所控设备不参与任何连锁，仅实现对单体设备进行操作。通常情况下油泵采用远程控制，油泵的运行与油水分离器液位进行连锁自动运行，当油水分离器液位达到上限时处于一级工作状态的油泵启动，若液位继续上升到上上限时，处于二级状态的油泵也随之启动。工作一段时间后，当液位逐渐下降至设定值后，油泵相继停止工作，顺序为二级油泵先停，一级油泵后停。当油泵选择手动运行方式时，可通过监控机画面上的操作按钮对单体设备实现启停操作并参与相关的连锁控制。
3.2加压机控制功能的实现
焦炉煤气设四台加压机，采用三台工作一台备用的工作制，现场操作箱为急停装置。正常工况下每个加压机组中有一台工频运行，其余两台加压机变频运行。在进行恒压控制时，待加压机组中一台达到工频运行后，其余两台变频运行的加压机，根据压力的变化情况同时进行变频调速完成PID调节，使管道内煤气的输出压力达到一个恒定的状态，变频器控制程序如图1：
4、TURCK防爆型现场总线模块的应用
由于是煤气区域，防火防爆是重中之重，因此采用的通讯模块为图尔克公司生产的防爆型总线式本安远程I/O系统。该系统控制箱具有良好的密封性、防腐蚀性及防火性，安全系数高，工作稳定性强，防爆等级高，可以在较恶劣的环境中稳定工作。此外还具有以下几个特点：所有参数均可在线设定，支持HART协议的传输，所有部件的更换和扩展均可在线进行，模块拔插无需借助工具，模拟量和开关量的I/O替代值设定功能等，这些都大大方便了日后技术人员的维护，对保证整个控制系统的稳定起到了非常重要的作用。
该系统通过总线与AC800F控制系统的FI830通信。因此在程序组态的硬件中加入对应的GSD文件，根据需要加入对应的模块。其中网关模块使用的是GDP-IS/FW2.0，它控制着I/O模块与控制系统间的数据通讯工作，肩负着主设备和从设备的双重任务，作为主设备，它控制着内部总线的正常工作，作为从设备，它又担负着与上一层总线的通信任务，因此网关模块采取了冗余配置，确保了系统数据通信的可靠性。
此外，充分考虑到现场的工作环境，在总线连接上，采用了在危险场所中所应用的防爆9孔D-SUB接头。由于物理层使用RS485 Ex-i，在危险场所使用时还需要安装一台DP-Ex-i段耦合器。
5、结语
自2011年1月煤气柜正式运行至今，各项参数监视正常，自动控制稳定，操作员站、控制站运行无故障，保障了煤气正常存储和外供。
作者简介
赵晓亮，男，1981年生，2004年毕业于河北理工大学自动化专业，工程师，现从事自动控制开发及维护工作。