現場總線PROFIBUS-DP在信鋼600m3高爐自動控制系統中的應用方案
［摘要］：我公司600m3 高爐自動控制系統中,由槽下上料系統、高爐本體、熱風、布袋四個站點組成,爐頂配有意大利產絕對型旋轉編碼器。該套系統電器設計分部區域廣、閥門多、煤氣區域易燃易爆的特點不容忽視,在此采用數字量、模擬量、即輸入輸出點進入站點模塊,通過一根總線傳入主控室PLC,以此來控制各閥門及電機動作,該套系統采用德國西門子400PLC系統和PROF IBUS - DP工業現場總線技術,實現了高爐自動化控制。
［關鍵詞］：現場總線 PROFIBUS-DP 高爐自動控制系統
1 概述
隨著網絡技術的發展,現場總線技術不斷在信鋼450m3、600m3 高爐自動控制系統中使用,它使用一類傳輸介質將分散的現場設備連接到中央控制或管理系統。
我公司600m3 高爐自動控制系統中,由槽下上料系統、高爐本體、熱風、布袋四個站點組成,爐頂配有意大利產絕對型旋轉編碼器。該套系統電器設計分部區域廣、閥門多、煤氣區域易燃易爆的特點不容忽視,在此采用數字量、模擬量、即輸入輸出點進入站點模塊,通過一根總線傳入主控室PLC,以此來控制各閥門及電機動作,該套系統采用德國西門子400PLC系統和PROF IBUS - DP工業現場總線技術,實現了高爐自動化控制。
2 PROFIBUS - DP總線通信原理及系統組成
PROF IBUS由三個部分組成即PROF IBUS -DP (分布式外圍設備) 、PROF IBUS - PA (過程自動化) 、PROFIBUS - FMS (現場總線報文規范) 。
600m3 高爐采用PROF IBUS - DP是一種高速低成本通信,用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。使用PROF IBUS - DP可取代24VDC或4 ～20mA信號傳輸。它定義了第一層為物理層,第二層為數據鏈路層提供總線存取控制和保證數據的可靠性。其用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能,這為系統兼容提供了便利,便于調試和維護。
在600m3 高爐控制系統中, PROF IBUS - DP采用的是單獨供電的總線設備,每站點有自己的穩壓電源,如果網絡節點電源不穩,通信若隱若現甚至徹底消失時,系統會啟動旁路功能以避免對其他接點的影響。爐頂槽下、熱風、布袋及高爐本體以站點形式掛在總線上,信號通過總線傳送到主控室的PLC,每臺總線設備必須有一個唯一的網絡地址和物理設備位號,當有站點出現故障時,通過主控室PLC可以診斷出具體站點,實現對各站點的檢測。
3 600m3 高爐系統軟件硬件的組成
系統硬件:
( 1 ) 集成了DP 接口的西門子400PLC(CPU414 - 2DP) 。
(2)兩臺西門子OSM交換機用于各站點之間的數據通信。
(3)插有工業以太網卡的(CP1613 通訊卡)的計算機。
(4) ET200M的主站模塊。
(5) 數字量模擬量輸入輸出模塊(D I/DO,AI/AO) 。
(6)工作站6臺研華工控機。
系統軟件配置:
(1) 在這套系統中, 控制基本上由集中的PLC完成。在PLC軟件控制中要對外部的總線結構進行硬件組態,讓系統識別總線結構,各站點有自己的邏輯地址,分別掛在哪條總線上,采用的總線協議方式及速率、產品類型等進行具體組態設置。PLC程序在上位機的編程工具STEP7V5. 3中組態后進行編譯,編譯通過后下載到CPU414 -2DP,并存儲其中, CPU414可自動運行該程序,根據程序內容讀取總線上的所有I/O 模塊的狀態字,控制硬件設備。
(2 ) 上位機監控軟件為西門子公司的Wincc610,它基于W indows的對象鏈接和嵌入,部件對象模型和分布式部件對象模型技術,并創建一開放式接口,具有良好的圖形界面和人機交互性,系統在成熟的bbbbbbs2000下運行。
利用總線在監控畫面中實現功能如下:
(1)控制操作
在控制室能對被控設備進行在線實時控制,如啟停閥門設備,調節上料種類,設定物料重量等。并能夠在現場限位開關或雷達料位計等發生故障時,模擬到位信號,使上料正常進行,在線設
定PLC的某些參數。上位機是總線上的一個站點,與PLC進行實時通信。
(2)顯示功能
在畫面中通過編程實現模擬顯示整個高爐系統各閥門實際動作狀況,以及現場的儀表溫度、壓力、重量、狀態參數等。各閥門位置指示用不同顏色指示開到位、關到位、正在開或關等。
(3)數據管理
依據不同的運行參數的變化和重要程度,建立生產歷史數據庫,存儲生產原始數據,供統計分析使用。如料批記憶可記錄每批料實際的料種、料重、上料時間等。可從中得出一些有用的經驗參數,改進工藝,使生產效益越來越好。
(4)報警功能
可根據不同的需要發出不同等級的報警,通過畫面閃爍報警,并用文字提示,對快速確認故障,排除故障起到很好的作用。利用總線模塊診斷功能,可直觀的看到現場站點故障報警狀態。
4 總線診斷方式
在高爐自動化系統中,即使一個站點一旦出現故障也將嚴重影響上料,造成減風、休風,因此快速診斷故障尤為重要。利用0B塊把CPU中的硬件信息讀出來,如OB86為機架故障組織塊,當擴展機架、DP主站系統、分布式I/O中從站故障時, CPU的操作系統調用OB86。在OB86組織塊中編寫程序,把CPU中的故障代碼讀出放入數據庫中,根據數據庫中的代碼意義,可診斷出總線上站點故障。
5 結束語
在高爐自動化系統中,生產條件特別復雜,設備區域分布多,造成電氣自動控制系統故障率高,
維護量大的缺點。而該網在本項目的運用中避免了大量點對點的電纜敷設,降低了線路敷設的難度和施工的復雜性,其實時性遠遠高于其它局域網,因而特別適用于工業現場。
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