基于現(xiàn)場總線的連鑄機控制系統(tǒng)
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近年來，鋼鐵行業(yè)競爭日漸激烈，而企業(yè)只有不斷進行技術(shù)改造，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，才能獲得進一步的發(fā)展。宣鋼為適應市場需要，新建了兩臺機型一致的六機六流連鑄機，并在隨后的升級改造中，進行了連鑄機的增流改造，目前單機年生產(chǎn)能力已超百萬噸。本文主要介紹了兩臺連鑄機改造后的自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，總線布局及主要功能。
2概述
宣鋼煉鋼廠4#、5#連鑄機是宣鋼的重點工程項目，其自動化控制水平已達到國內(nèi)先進水平，系統(tǒng)采用目前流行的三電一體化設計，大量使用現(xiàn)場總線技術(shù)，自動化系統(tǒng)軟硬件以RockwellAutomation的產(chǎn)品為主，構(gòu)成三級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)連鑄機的生產(chǎn)的自動控制和生產(chǎn)調(diào)度指揮、產(chǎn)品質(zhì)量控制。
系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1：
圖1控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖
從上圖可以看出，連鑄機的自動化系統(tǒng)考慮了實際應用的需要，充分利用軟硬件的資源特點，構(gòu)建三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，即信息層，控制層，設備層。
2.1信息層
信息層要為連鑄機本體的操作、維護及廠級計算機系統(tǒng)提供網(wǎng)絡接口，訪問車間級的生產(chǎn)及管理數(shù)據(jù)，為全廠范圍內(nèi)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集、監(jiān)視提供服務，并接受生產(chǎn)調(diào)度指令，協(xié)調(diào)全廠生產(chǎn)。這一層的特點是數(shù)據(jù)量較大，但對實時性無過高要求，同時為便于不同廠商的PLC及計算機系統(tǒng)的互聯(lián)，進行必要的控制和協(xié)調(diào)，因而采用符合公共標準的TCP/IP協(xié)議的100Mbps速率以太網(wǎng)。
考慮到工業(yè)控制對可靠性的要求和工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，以太網(wǎng)采用冗余光線環(huán)網(wǎng)構(gòu)成，兩臺工業(yè)級以太網(wǎng)交換機具備冗余管理功能。連鑄機的一臺服務器、四臺操作站通過以太網(wǎng)卡接入網(wǎng)絡，PLC系統(tǒng)每個安裝有CPU模塊的框架通過以太網(wǎng)接口模塊接入。
2.2控制層
控制層負責在公用PLC系統(tǒng)、各鑄流PLC系統(tǒng)及遠程FlexI/O之間進行控制數(shù)據(jù)的傳遞、交換，協(xié)調(diào)控制，并且提供網(wǎng)絡編程、程序維護、設備組態(tài)、故障排除等功能。
這一層的網(wǎng)絡不僅要求穩(wěn)定可靠的連接，而且要確保信息傳遞的實時性。ControlNet采用總線拓撲結(jié)構(gòu)，通訊速率5Mbps，其特色在于ControlNet是確定性的，這也就意味著網(wǎng)絡上的I/O設備和控制器都是在預定的時刻進行通訊的。ControlNet中的每一個部件都已經(jīng)在組態(tài)時提前確定好了通訊時刻和時長，因此它非常穩(wěn)定和可靠，特別適用于對時間要求較高的工業(yè)應用。同時為確保通訊不會出現(xiàn)中斷，在這一層我們使用了冗余的通訊介質(zhì)來進一步提高可靠性。
2.3設備層
設備層主要用于將主線傳動設備，即變頻器、軟啟動器直接連接到所屬的PLC系統(tǒng)中，不再通過傳統(tǒng)的數(shù)字、模擬量連接來實現(xiàn)控制，這樣做不僅方便而快速，還可以采集現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)，對其進行配置、監(jiān)視和實時控制。這一層采用RemoteIO網(wǎng)。
三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)使得可以根據(jù)連鑄機系統(tǒng)的具體應用要求選擇合適的通訊方式，這種網(wǎng)絡架構(gòu)不僅提供了EtherNet/IP、ControlNet、RemoteIO網(wǎng)絡連接，還包含了面向自動控制而優(yōu)化的高級軟件接口，以保證高效的數(shù)據(jù)傳輸。
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