現(xiàn)場總線在燒結機自動控制系統(tǒng)中的應用

1 前言

　　目前，以太網技術具有價格低廉、穩(wěn)定可靠、通信速率高、軟硬件產品豐富、應用廣泛以及支持技術成熟等優(yōu)點，已成為最受歡迎的通信網絡之一。而在工業(yè)控制領域，TCP/IP工業(yè)以太網技術也廣泛應用到各個行業(yè)。安鋼500m

2 燒結機自動控制系統(tǒng)就是基于TCP/

　　IP工業(yè)以太網技術實現(xiàn)了對燒結生產過程自動控制、監(jiān)控及管理。該系統(tǒng)于2012年6月投產以來，運行一直很平穩(wěn)，成功的向安鋼3號高爐提供了優(yōu)質燒結礦。

2 TCP/IP工業(yè)以太網

　　2.1 工業(yè)以太網定義

　　工業(yè)以太網是指其在技術上與商用以太網（IEEE802.3標準）兼容，但材質的選用、產品的強度和適用性方面應能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，即在環(huán)境適應性、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)以太網技術的優(yōu)點表現(xiàn)在：以太網技術應用廣泛，為所有的編程語言所支持；軟硬件資源豐富；易于與Internet連接，實現(xiàn)辦公自動化網絡與工業(yè)控制網絡的無縫連接；可持續(xù)發(fā)展的空間大等。

　　2.2 工業(yè)以太網的特點

　?。?）通信的確定性

　　工業(yè)控制網絡必須滿足對實時性的要求，即信號傳輸要速度快，確定性好。采用星型網絡拓撲結構，交換機將網絡劃分為若干個網段。交換機之間通過主干網絡進行連接，交換機可對網絡上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行過濾，使每個網段內節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸只在本地網段內進行，而不需經過主干網，從而本地數(shù)據(jù)傳輸不占其它網段的帶寬，降低了所有網段和主干網的網絡負荷。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消除了沖突的可能，使Ethernet通信確定性和實時性大大提高。

　?。?）可靠性和安全性在實際應用中，主干網一般采用光纖傳輸，現(xiàn)場設備的連接則可采用屏蔽雙絞線，對重要的網段還可采用冗余網絡技術，這樣大大提高了網絡的抗干擾能力和可靠性。另外，實現(xiàn)了與Internet的無縫集成和工廠信息的垂直集成。

　?。?）PROFIBUS DP 網絡PROFIBUS是作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線，目前已成為中國國家標準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)應用特點分為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)和設備級分散I/O之間的通信設計，在過程自動化領域有著廣泛的運用。PROFIBUS-DP總線是為高速設備分散控制或自動化控制而設計的，有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率，特別適用于系統(tǒng)與外部設備之間的通信，遠程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總線上的設備一般為主站與從站配置，允許構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)場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理等。

3 工業(yè)以太網和DP網絡在安鋼500m2燒結機自動控制系統(tǒng)的應用

　　3.1 安鋼500m2燒結機自動控制系統(tǒng)要求

　　該自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對整個燒結機生產設備的聯(lián)鎖控制，實時數(shù)據(jù)的采集與分析，過程與設備狀態(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。完成了生產設備的基礎自動化及過程計算機控制。燒結工藝對自動系統(tǒng)的主要要

　　求有以下幾點：

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

　?。?）自動控制系統(tǒng)對主抽風機、點火爐、混合機加水等生產工藝的數(shù)據(jù)采集處理及回路控制。

　?。?）全廠輔助設備在主控室的監(jiān)控。如除塵設備、加油設備。

　　3.2 現(xiàn)場控制級

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

　　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（遠程I/O）進行通信。

　　3.3 環(huán)網傳輸級

　　各個PLC站、上位監(jiān)控機、工程師站之間采用環(huán)路光纖的TCP/IP工業(yè)以太網連接，構成了燒結生產的綜合監(jiān)控網絡。

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

　　環(huán)網用5個赫斯曼網絡交換機進行連接，分別放于5個配電室內，方便各主站PLC、輔助設備接入綜合監(jiān)控網絡。

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