現(xiàn)場總線在燒結(jié)機(jī)自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 前言

　　目前，以太網(wǎng)技術(shù)具有價格低廉、穩(wěn)定可靠、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用廣泛以及支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，已成為最受歡迎的通信網(wǎng)絡(luò)之一。而在工業(yè)控制領(lǐng)域，TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)也廣泛應(yīng)用到各個行業(yè)。安鋼500m

2 燒結(jié)機(jī)自動控制系統(tǒng)就是基于TCP/

　　IP工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對燒結(jié)生產(chǎn)過程自動控制、監(jiān)控及管理。該系統(tǒng)于2012年6月投產(chǎn)以來，運(yùn)行一直很平穩(wěn)，成功的向安鋼3號高爐提供了優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。

2 TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)

　　2.1 工業(yè)以太網(wǎng)定義

　　工業(yè)以太網(wǎng)是指其在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度和適用性方面應(yīng)能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，即在環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、安全性和安裝使用方面滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。

　　與專門為工業(yè)控制而開發(fā)的現(xiàn)場總線相比，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，為所有的編程語言所支持；軟硬件資源豐富；易于與Internet連接，實(shí)現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無縫連接；可持續(xù)發(fā)展的空間大等。

　　2.2 工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)

　?。?）通信的確定性

　　工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)必須滿足對實(shí)時性的要求，即信號傳輸要速度快，確定性好。采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，交換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個網(wǎng)段。交換機(jī)之間通過主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，交換機(jī)可對網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行過濾，使每個網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸只在本地網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行，而不需經(jīng)過主干網(wǎng)，從而本地數(shù)據(jù)傳輸不占其它網(wǎng)段的帶寬，降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。最后，采用全雙工通信方式。在一個用5類雙絞線（光纜）連接的全雙工交換式以太網(wǎng)中，其中一對線用來發(fā)送數(shù)據(jù)，另一對線用來接收數(shù)據(jù)，這樣交換式全雙工以太網(wǎng)消除了沖突的可能，使Ethernet通信確定性和實(shí)時性大大提高。

　　（2）可靠性和安全性在實(shí)際應(yīng)用中，主干網(wǎng)一般采用光纖傳輸，現(xiàn)場設(shè)備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對重要的網(wǎng)段還可采用冗余網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這樣大大提高了網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力和可靠性。另外，實(shí)現(xiàn)了與Internet的無縫集成和工廠信息的垂直集成。

　?。?）PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場總線，目前已成為中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20540-2006的現(xiàn)場總線。由此可看出PROFIBUS在現(xiàn)場總線中的重要的地位。PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)分為PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三個兼容版本。支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)。其中PROFIBUS-DP適用于自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間的通信設(shè)計，在過程自動化領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用。PROFIBUS-DP總線是為高速設(shè)備分散控制或自動化控制而設(shè)計的，有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率，特別適用于系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的通信，遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)尤為合適。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據(jù)通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。PROFIBUS-DP總線上的設(shè)備一般為主站與從站配置，允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。多主站系統(tǒng)一般對主站數(shù)量有一定的限制。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理等。

3 工業(yè)以太網(wǎng)和DP網(wǎng)絡(luò)在安鋼500m2燒結(jié)機(jī)自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

　　3.1 安鋼500m2燒結(jié)機(jī)自動控制系統(tǒng)要求

　　該自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對整個燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制，實(shí)時數(shù)據(jù)的采集與分析，過程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控與報警，過程趨勢數(shù)據(jù)的采集與處理，報表打印，畫面顯示。完成了生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)自動化及過程計算機(jī)控制。燒結(jié)工藝對自動系統(tǒng)的主要要

　　求有以下幾點(diǎn)：

　?。?）自動控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)配混系統(tǒng)、燒冷系統(tǒng)、成品篩分系統(tǒng)、主抽風(fēng)系統(tǒng)、主粉塵系統(tǒng)及電除塵卸灰系統(tǒng)的邏輯順序控制。

　　（2）自動控制系統(tǒng)對主抽風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火爐、混合機(jī)加水等生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)采集處理及回路控制。

　?。?）全廠輔助設(shè)備在主控室的監(jiān)控。如除塵設(shè)備、加油設(shè)備。

　　3.2 現(xiàn)場控制級

　　全廠共設(shè)計了5個配電室（機(jī)尾配電室、配料配電室、成品配電室，主電氣樓、主抽電氣室）控制了全廠的電氣儀表設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)共4000余點(diǎn)。根據(jù)工藝要求和設(shè)備就近配置的原則，控制系統(tǒng)共設(shè)4個PLC主站分別為：配料站（配料配電室）、燒結(jié)電氣站（主電氣樓）、燒結(jié)儀表站（主電氣樓）、主抽站（主抽電氣室）。5個主站下帶分站20個，分別在機(jī)尾配電室、成品配電室分布。中間用RG6電纜進(jìn)行連接。

　　主站選用施耐德電氣公司的QUANTUM 140系列PLC。主站和分站之間通過RIO（遠(yuǎn)程I/O）進(jìn)行通信。

　　3.3 環(huán)網(wǎng)傳輸級

　　各個PLC站、上位監(jiān)控機(jī)、工程師站之間采用環(huán)路光纖的TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)連接，構(gòu)成了燒結(jié)生產(chǎn)的綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

　　采用環(huán)網(wǎng)技術(shù)，光纖從第一臺交換機(jī)出發(fā)，最后返回第一臺交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)路徑上形成閉合，并保證網(wǎng)絡(luò)傳輸速度為100MBPS，正常的時候，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)逆時針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)由于某種原因發(fā)生故障，此時環(huán)網(wǎng)自動斷裂，形成線性網(wǎng)絡(luò)，它依然能夠保證網(wǎng)絡(luò)的所有特性，不影響任何工作，直到網(wǎng)絡(luò)修復(fù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)修復(fù)后，它還支持熱愈合，可無級恢復(fù)故障。就好象沒有故障發(fā)生一樣。

　　環(huán)網(wǎng)用5個赫斯曼網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行連接，分別放于5個配電室內(nèi)，方便各主站PLC、輔助設(shè)備接入綜合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

　　交換機(jī)選用赫斯曼MICE MS20系列，配備2個光口，6個電口。支持環(huán)網(wǎng)冗余功能。通過軟件可以設(shè)定其中2個口為冗余功能。主交換機(jī)放于工程師站，方便操作室監(jiān)控機(jī)和其連接，也便于工程師管理和維護(hù)。安放在各配電室方便需要聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置簡圖如圖1所示。