[发明专利]一种基于现场总线元件的脱碳炉信息系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁行业炼钢自动化控制领域，更具体地说，涉及一种基于现场总线元件的脱碳炉信息系统及其控制方法。

背景技术

脱碳炉是钢铁行业中炼钢生产的一个关键工序，其产品的优劣对后续轧钢生产影响重大。而脱碳炉控制系统的快速、精确的调控又是炼钢生产的重要因素，直接影响钢水的产量和质量。

在脱碳炉生产过程中，易燃、易爆气体多，金属粉尘大，电磁干扰严重，生产环境较为复杂。目前，脱碳炉控制系统基础自动化级的检测与控制元件，基本采用常规模拟量信号进行信息传递和控制。因此，信号异常波动、随机干扰、控制响应慢等问题无法彻底解决，直接影响了生产的安全、稳定运行。

中国专利申请号201210059047.6，授权公告日为2011年9月22日，发明创造名称为：基于现场总线的高炉炉顶信息采集系统及其信息采集方法，该申请案涉及一种高炉炉顶信息采集系统及其信息采集方法，包括上位机、数据采集单元、处理单元和执行单元，所述的上位机、数据采集单元、处理单元和执行单元依次连接，所述的数据采集单元通过现场总线将高炉炉顶各信息采集点连接起来并最终将所采集信息传输至处理单元；所述的高炉炉顶各信息采集点包括布料设备、探尺和阀门系统。该发明的系统和方法简化了现有信息采集的结构模式，用一根现场总线挂接多个设备，节约连接电缆与各种安装维护费用；同时避免数百个检测点和控制点的检测信号汇集到控制系统的入口处所造成的信号堵塞，增加了系统的可靠性。但是，该文献仅仅是采用数据集中采集装置前移至现场的方法，信号源数据传递依然采用常规点到点模拟信号传输，并未从根本上解决信号传递误差、防电磁干扰等影响高炉控制系统性能的问题。所以，急需采用一种有效地解决上述问题的方法，从根本上克服电磁干扰、提高信号准确度、实时掌握现场元件运行状况，确保脱碳炉系统检测与控制的稳定性、可靠性。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中脱碳炉控制系统信号受电磁干扰严重、信号异常波动、随机干扰、控制响应慢等问题，本发明提供了一种基于现场总线元件的脱碳炉信息系统及其控制方法，该系统方法采用现场总线元件技术，从源头减少了信号传输误差，提高了数据采集和控制系统的可靠性，同时减少电缆敷设量，缩减控制室面积和降低施工量、缩短工期。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种基于现场总线元件的脱碳炉信息系统，它包括人机接口单元、数据处理单元、通讯单元、位于现场的检测元件和控制元件，所述的人机接口单元、数据处理单元、通讯单元依次连接，其特征在于：所述的通讯单元通过现场总线用T型连接器连接到位于现场的检测元件和控制元件，将来自检测元件的检测数据传输至数据处理单元，并将经数据处理单元运算后的控制数据传输至控制元件；所述的检测元件包括温度传感器、压力传感器、流量传感器和位置传感器，所述的控制元件包括阀门控制单元、加料控制单元、氧枪提升单元，现场总线的检测元件和现场总线的控制元件直接连接到通讯单元。

进一步地，所述的数据处理单元包括中央处理器CPU、数据存储器、网络接口、控制与管理数学模型；所述的控制与管理数学模型具有现场测控处理数据与总线元件设备数据管理的功能；所述的数据处理单元对现场测控数据进行分析、比较、逻辑判断，产生自动控制指令，同时，数据处理单元对来自现场总线型元件的设备的自身健康状态信号进行分析、判断，完成设备的状态管理、故障预报、预维护提醒功能，基于设备状态数据，数据处理单元发出现场总线元件的自我管理允许或禁止标志，当所述的中央处理器CPU故障时，将控制权交给现场的控制元件，由控制元件根据检测元件的测量数据进行现场独立回路控制，所述的中央处理器CPU恢复正常状态后，将控制权收回，由数据处理单元继续发出控制信号。

进一步地，所述的数据处理单元采用冗余中央处理器和冗余电源。

进一步地，所述的现场总线采用Profibus-DP/PA现场总线系统，它包含通讯和供电功能，在传输数据的同时，向各现场检测元件和控制元件提供工作电源。

进一步地，所述的通讯单元采用网络连接器LINK和网络耦合器实现与所述的位于现场的检测元件和控制元件进行通信。

进一步地，所述的位于现场的检测元件和控制元件具有数据传输功能，采用直接通信的方式，具有故障自诊断功能，可进行检测元件和控制元件之间的通信及与通讯单元的通信，并集成PID控制功能。

采用权利所述的的一种基于现场总线元件的脱碳炉信息系统的控制方法，其步骤如下：