應(yīng)用PROFIBUS－DP技術(shù)改造喂絲機(jī)控制系統(tǒng)

陳景輝

(黑龍江省冶金研究所，哈爾濱150040)

喂絲機(jī)是大型現(xiàn)代化煉鋼廠常用的冶金設(shè)備，多用在應(yīng)用爐外精煉工藝的精煉車間，常用于向加入特殊合金進(jìn)行鋼水成分微調(diào)，改善鋼材品質(zhì)。其主要工作原理是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的多組成對(duì)的滾子夾緊合金芯線并高速導(dǎo)入包含高溫鋼水的鋼包中，在喂絲的同時(shí)進(jìn)行吹氬攪拌，在高溫的作用下芯線迅速融化并彌散進(jìn)入鋼水，芯線內(nèi)的成分與鋼水發(fā)生相應(yīng)的物理化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到改變鋼水成分的功能，進(jìn)而能夠根據(jù)需要煉制特殊合金鋼。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，喂絲機(jī)的控制技術(shù)也不斷的發(fā)生著改變?，F(xiàn)階段喂絲機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多采用較成熟而且可靠的PLC控制的變頻調(diào)速的技術(shù)方案。我所生產(chǎn)的喂絲機(jī)多采用西門子S7－300系列可編程控制器(PLC)作為控制的核心，用來(lái)進(jìn)行全面的邏輯控制和數(shù)據(jù)計(jì)算。PLC通過(guò)PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)控制變頻器的啟動(dòng)、停止和調(diào)速，來(lái)實(shí)現(xiàn)喂絲機(jī)的喂絲、退絲的功能。同時(shí)很多時(shí)候用戶需要喂絲機(jī)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作，并且具備與精煉爐通訊的能力，可以將實(shí)時(shí)的操作數(shù)據(jù)傳入精煉爐主控計(jì)算機(jī)，進(jìn)而進(jìn)入工廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)，這里就需要應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)了。

一個(gè)典型的例子是我所生產(chǎn)應(yīng)用于江蘇永鋼集團(tuán)煉鋼車間現(xiàn)場(chǎng)的一組喂絲機(jī)。這一組喂絲機(jī)由應(yīng)用在同一生產(chǎn)平臺(tái)的兩套喂絲機(jī)構(gòu)成，兩套喂絲機(jī)分別放置于A工位和B工位，但是兩套喂絲機(jī)的控制柜都位于電氣控制室內(nèi)，而且是并排緊挨著放置。由于在訂貨初期并未提出聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制的要求，所以在我所供貨的時(shí)候提供的是兩套相同的喂絲機(jī)，分別采用了相同的配置:一套S7－300 PLC控制4臺(tái)變頻器，每套內(nèi)部建立一條PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)，PLC的CPU以及4臺(tái)變頻器分別掛載到此PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)上，

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是PLC做主站控制4個(gè)DP從站，兩套之間是分立的兩個(gè)PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)并未配置以太網(wǎng)模塊，不具備與上位計(jì)算機(jī)的通訊能力。但是，當(dāng)設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝調(diào)試時(shí)，客戶提出要求希望能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)采集一些數(shù)據(jù)。在這種情況下，最好的方案是每套喂絲機(jī)的PLC增加一個(gè)以太網(wǎng)模塊，增加兩條以太網(wǎng)線接入上位機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的路由器。但是由于一些客觀原因，客戶提出僅增加一個(gè)以太網(wǎng)模塊，將兩套喂絲機(jī)PLC通訊數(shù)據(jù)經(jīng)由其中的一臺(tái)的PLC進(jìn)行收發(fā)的方案。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是硬件連接上的改動(dòng)很小，只需將原來(lái)兩個(gè)系統(tǒng)的DP網(wǎng)絡(luò)連接在一起，由于兩個(gè)控制柜本來(lái)就緊挨在一起放置，所以實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常容易。同時(shí)僅僅增加了一塊以太網(wǎng)CP模塊，成本上的增加是最少的。

于是，我們不得不對(duì)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改，主要分為幾個(gè)步驟進(jìn)行。

1 合并網(wǎng)絡(luò)

物理上將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接在一起成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

只要將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的末端的插頭分別用同一根DP通訊電纜連接起來(lái)，并且將原來(lái)的末端插頭的終端電阻由”O(jiān)N”位置切換到“OFF”位置，這樣物理上兩個(gè)分立的DP網(wǎng)絡(luò)連接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)了。

2 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)的修改

將A工位喂絲機(jī)的PLC定義為DP主站，B工位喂絲機(jī)PLC定義為DP從站，將原來(lái)的兩套喂絲機(jī)上的變頻器全部掛在主站上，同時(shí)B工位PLC也作為DP從站掛載到主站的PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)上，主站同時(shí)還組態(tài)了以太網(wǎng)模塊，負(fù)責(zé)與上位機(jī)的以太網(wǎng)通訊。這樣兩套獨(dú)立的喂絲機(jī)合并成為一套控制系統(tǒng)，并緊密的聯(lián)系在了一起，兩個(gè)工位的喂絲機(jī)還要進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。

要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CPU間的通訊還要進(jìn)行通訊組態(tài)，雙擊圖1中的B工位CPU也就是(2)CPU 314C－2DP，在彈出的“DP從站屬性”窗口選擇“組態(tài)”選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊“新建”建立一些通訊數(shù)據(jù)組態(tài)，模式選擇“MS”即主從模式通訊，主站地址的“輸入”對(duì)應(yīng)從站地址的“輸出”或者主站地址的“輸出”對(duì)應(yīng)從站地址的“輸入”，“長(zhǎng)度”根據(jù)需要傳送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度來(lái)設(shè)置，但不應(yīng)超過(guò)16字節(jié)，“一致性”選擇“全部”表示一次性全部傳輸而不是按字節(jié)傳輸，最后根據(jù)我們的需要分別建立了一些數(shù)據(jù)組態(tài)最終如圖2所示。

圖1

3 網(wǎng)絡(luò)編程

在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)完成后還不能完成數(shù)據(jù)的交換，我們還要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程。網(wǎng)絡(luò)編程是分為兩個(gè)方面:變頻器控制與監(jiān)視數(shù)據(jù)和兩個(gè)CPU間的通訊。

對(duì)于變頻器的控制，前面的硬件組態(tài)也是很關(guān)鍵的，我們?cè)诮M態(tài)變頻器的時(shí)候已經(jīng)設(shè)置了8臺(tái)變頻器的DP地址分別是3、4、5、6、7、8、9、10，并設(shè)置了通訊的類型是“PPO3”即0 PZW 2PZD，其中的一個(gè)PZD分別是控制字或狀態(tài)字，另外一個(gè)PZD的內(nèi)容是變頻器給定轉(zhuǎn)速值或?qū)崟r(shí)轉(zhuǎn)速值。我們調(diào)用SFC14"DPRD_DAT"和SFC15"DPWR_DAT"來(lái)進(jìn)行DP讀寫的操作，在主站的CPU中的OB1中加入如下程序:

圖2

限于篇幅此處B1～B4變頻器讀狀態(tài)字與寫控制字略。

以A工位的1號(hào)變頻器為例說(shuō)明，其中LADDR為變頻器的I/O地址，在圖1的視圖下選中相應(yīng)的變頻器DP站的時(shí)候在下方的表格里可以看到;RECORD為發(fā)送或接受的數(shù)據(jù)，本例中我們都放入了一個(gè)數(shù)據(jù)塊DB21中，DB21的結(jié)構(gòu)如圖3所示，RET_VA存放出錯(cuò)時(shí)的錯(cuò)誤代碼。

同樣兩個(gè)CPU間的通訊也是類似，不同的是在從站的OB1中也需要加入與主站對(duì)應(yīng)的程序。

主站中的程序如下:

RET_VAL:=MW242

RECORD:=P#DB22.DBX52.0 BYTE 16

//從I19地址讀入B工位喂絲機(jī)各流實(shí)際速度值

CALL"DPRD_DAT"

LADDR:=W#16#13

RET_VAL:=MW244

RECORD:=P#DB22.DBX68.0 BYTE 16

//從I35地址讀入B工位各流累計(jì)長(zhǎng)度值

CALL"DPRD_DAT"

LADDR:=W#16#23

RET_VAL:=MW246

RECORD:=P#DB22.DBX84.0 BYTE 16

//從I51地址讀入B工位變頻器控制值

CALL"DPRD_DAT"

LADDR:=W#16#33

RET_VAL:=MW254

RECORD:=P#DB21.DBX 48.0WORD 8

//從O1地址寫出B工位喂絲機(jī)遠(yuǎn)程操作值

CALL"DPWR_DAT"

LADDR:=W#16#1

RECORD:=P#DB22.DBX134.0 BYTE 2

RET_VAL:=MW248

//從O3地址寫出B工位喂絲機(jī)各流遠(yuǎn)程設(shè)定長(zhǎng)度值

CALL"DPWR_DAT"

LADDR:=W#16#3

RECORD:=P#DB22.DBX136.0 BYTE 16

RET_VAL:=MW250

//從O19地址寫出B工位喂絲機(jī)各流遠(yuǎn)程設(shè)定速度值

CALL"DPWR_DAT"

LADDR:=W#16#13

RECORD:=P#DB22.DBX152.0 BYTE 16

RET_VAL:=MW252

//從O35地址寫出B工位變頻器狀態(tài)值

CALL"DPWR_DAT"

LADDR:=W#16#23

RECORD:=P#DB21.DBX 32.0WORD 8

RET_VAL:=MW256

從站中的程序如下:

相應(yīng)的B工位通訊程序也類似，此處略去。在兩個(gè)CPU通訊的程序里L(fēng)ADDR是對(duì)應(yīng)于圖2中的地址的，RECORD是要傳送的數(shù)據(jù)地址或者是要接受數(shù)據(jù)的地址，RET_VA存放出錯(cuò)時(shí)的錯(cuò)誤代碼。

圖3