摘 要 本文着重介绍西门子S7-400系列PLC在某炼铁厂高炉送风系统中的应用，并对其工艺原理、系统构成、网络结构、系统程序和上位监控进行了阐述。
关键词 高炉送风系统；PLC；工艺原理；网络结构；硬件；软件
引言
某炼铁厂的高炉送风系统，选用西门子S7-400作为其主要的控制系统。该系统是西门子公司开发的面向控制对象的基于现场总线的先进PLC控制系统，该系统使用统一的数据管理、组态和编程软件，采用全集成自动化解决方案，对自动化应用提供统一技术环境，其优点是有效减少设备之间的接口部件，在同一平台下完成上位机与控制器之间的通讯和控制，可轻易地解决高炉送风系统工艺复杂、控制逻辑较多、模拟量控制回路烦琐、现场工艺设备分散等控制难点[1]。
1 主要工艺概述
高炉送风系统包括鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路以及管路上的各种阀门等。即由鼓风机出来的冷风，经热风炉加热到规定温度，通过管路连续稳定地向高炉送风的系统。热风带入高炉的热量约占总热量的四分之一，目前鼓风温度一般为1000～1200℃，最高可达1400℃，提高风温是降低焦比的重要手段，也有利于增大喷煤量[2]。
高炉送风系统中，鼓风机和热风炉是核心设备。准确选择送风系统鼓风机，合理布置管路系统，阀门工作可靠，热风炉工作效率高，是保证高炉优质、低耗、高产的重要因素之一。
热风炉主要任务，是将由冷风总管送来的冷风经热风炉送风系统阀门送至热风炉加热后，再送到高炉。热风炉主要有三种工作状态，具体动作如下。
热风炉燃烧状态热风炉处于燃烧状态时，通过热风炉煤气管道和助燃空气管道向热风炉送入高炉煤气和助燃空气，高炉煤气和助燃空气燃烧产生热烟气使热风炉蓄热；热风炉处于燃烧状态时，其废气阀、烟道阀、助燃空气燃烧阀、高炉煤气燃烧阀、高炉煤气切断阀等阀均处于开启状态，其他各切断阀均处于关闭状态。
热风炉送风状态热风炉处于送风状态时，向燃烧结束蓄有一定热量的热风炉送入冷风，冷风经热风炉加热后再送入高炉。热风炉处于送风状态时，其冷风阀、热风阀、冷风充压阀等处于开启状态，其他各切断阀均处于关闭状态。
热风炉闷炉状态热风炉处于闷炉状态时，为保持温度，热风炉所有的阀门均处于关闭状态。
2 硬件、软件
2.1 硬件
高炉送风系统的部分硬件选用西门子公司的自动化硬件，包括CPU控制器、PS电源模块和CP443以太网通信模块等，主要控制模块均为冗余容错结构。送风系统系统所有西门子模块均具有在线带电更换的特性，并具有模块状态内部自诊断功能，诊断状态通过模块的状态指示灯进行显示。
高炉送风系统的硬件配置，包括互为冗余的控制器CPU-414H、电源模块PS407、以太网通信模块CP443、冗余Profibus-DP通信接口模塊IM153-2、普通型I/O模块，I/O模块配备了安全栅、隔离器，提高了整个系统的抗干扰性。
西门子S7-400系列双CPU控制器基于事件同步机制，控制器主从关系为一个为“工作状态”、另一个为“热备状态”，主从控制器进行切换期间为无扰动切换模式，切换过程不影响生产的稳定，确保了系统平均无故障时间在较小的范围内，冗余的总线通信接口模块支持模块热插拔而不会导致CPU停机。
2.2 软件
高炉送风系统的软件部分采用西门子STEP7编程软件、WINCC上位监控软件及网络组态软件Netpro等软件，用于组态硬件设备、控制程序、网络参数和HMI上位操作画面等，各个软件使用方便、互相融合性好。高炉送风系统采用西门子WinCC作为上位监控软件。操作人员通过操作员站的WINCC监控软件可监视送风系统生产过程中各相关设备的运行状态和各个工段工艺的相关参数。
3 网络结构
高炉送风系统通过西门子高速以太网通信处理模块，将各个控制的CPU连接到整个工业以太网中。整套高炉控制系统工厂总线配备了西门子网络SCALANCEX-200系列工业级交换机，以连接各控制站、操作员站、工程师站及服务器。
SCALANCEX-200系列西门子工业级交换机具有冗余环形网络管理功能，且可以实现全双工通信并具有网络自适应功能。网管功能使网络数据的传输更有序、更可靠，能有效的防止网络风暴的发生。环形网络的设计使得工厂总线的网络结构的安全性更高，网络任意一点断开不会影响其设备的正常工作，其网络结构有很好的可扩展性。服务器预留了二级网络的接口，方便向二级管理网络传输生产管理数据。
4 软件编程
高炉送风系统，编程人员除了使用STEP7编程软件常规的梯形图、语句表、功能块图外，STEP7还提供了连续功能图、顺序功能图等—些更高级的编程方式。STEP7编程软件配置了很多预编程的系统功能块，这些系统功能块以库文件的形式存在于STEP7编辑界面中，每个功能块都有—个参数接口，可根据实际工艺要求设置不同的参数。通过大量利用系统功能块驱动现场设备，将各种现场数据上传至操作员站，这样操作人员员只需在操作员站的HMI画面上进行简单参数设定，即可完成对现场设备的操作。
高炉送风系统现场设备运行连锁条件多，工艺控制要求高，对现场仪表信号检测的准确性和有效性依赖较强。对于具有输出功能的I/O模块，当模块检测到系统中某个通道发生故障时，S7-400控制系统则会将系统预设的故障安全值传送给相应的模块的通道，作为其工艺设备的安全输出值，确保了I/O模块采集各工艺过程值的准确及模块的各通道都在安全状态下运行。
5 结束语
在实际应用中，西门子S7-400过程控制系统成熟稳定，较好地解决了大型高炉送风系统的数据采集及管理、复杂的顺序控制及安全连锁等控制难点，整个系统性能稳定可靠，有很高的推广价值。
参考文献
[1] 宋英杰，黄继德.一种新型高炉送风装置[J].金属世界，2013， （3）： 70-72.
[2] 吴经纬.西门子PLC在1800m～3高炉控制系统中的应用[J].数字技术与应用，2014，（2）：9-11.