自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡信息化集成實踐

河鋼宣鋼檢修公司 胡曉寧

自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡信息化集成實踐

河鋼宣鋼檢修公司 胡曉寧

原料場控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化,降低了設備維護需要付出的勞動量?？刂葡到y(tǒng)的網(wǎng)絡化集成,符合當今世界信息化的潮流和方向,為更高和更深層次的應用提供了平臺。本文詳細敘述將上述設備聯(lián)進一個網(wǎng)絡,建成一個兼容性的綜合控制網(wǎng)。工業(yè)控制系統(tǒng)是企業(yè)信息化系統(tǒng)的最底層數(shù)據(jù)源。

ProfiBus;網(wǎng)橋;堆取料機;無線網(wǎng)橋

1 系統(tǒng)概述

宣鋼原料場項目分為場內(nèi)和場外兩部分。兩部分各自獨立。在全國范圍內(nèi),宣鋼原料場屬于大型冶金原料場之一。主系統(tǒng)擁有8個大型CPU、231個遠程站(含30個柜內(nèi)站)、5306個控制點、12臺VIS操作站。輔助系統(tǒng)有:15個圓盤的主配料系統(tǒng)、5條拖料皮帶的雜礦配料系統(tǒng)、6臺大型機械的堆取料機系統(tǒng)和復雜的翻車機系統(tǒng),共計6個獨立分散的大中型控制系統(tǒng)(小型PLC不在統(tǒng)計之列)。我公司原料場系統(tǒng)實際情況是主控制、主配料、外供3個系統(tǒng)為ABB公司;堆取料機和雜礦配料系統(tǒng)為西門子公司;遍布全場的遠程站屬于圖爾克公司;UPS屬于GE公司;料位屬于西班牙尤梯爾公司。各個公司的系統(tǒng)互不連通。各個系統(tǒng)間的差別也很大,有DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、單片機系統(tǒng)。

2 功能設計與技術方案

控制系統(tǒng)的信息化集成,首先得統(tǒng)一規(guī)劃將要建設的網(wǎng)絡、確定網(wǎng)絡接入的標準;包括施工、硬件、協(xié)議、接口、軟件技術等等。

經(jīng)過研究分析,首先必須整合網(wǎng)絡;其次依靠現(xiàn)場總線技術、OPC技術和網(wǎng)絡通訊去解決數(shù)據(jù)采集的問題,通過分布式處理達到各個系統(tǒng)既獨立又融合。使用工業(yè)級無線通訊技術,聯(lián)通了堆取料系統(tǒng),實現(xiàn)遠程管理。將雜礦系統(tǒng)通過ProfiBus現(xiàn)場總線接入了主控系統(tǒng),實現(xiàn)了ABB系統(tǒng)對西門子BW500單片機儀表的遠程全模式操作和系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換。將配料系統(tǒng)改造為ABB系統(tǒng),利用UDP協(xié)議在不同項目間傳輸數(shù)據(jù),實現(xiàn)系統(tǒng)間連鎖和遠程管理。

2.1 大型移動機械設備無線網(wǎng)絡技術研究和開發(fā)

原料場內(nèi)部現(xiàn)有2臺堆取料機、2臺取料機、1臺堆料機,該5臺大型設備是原料場堆、取料的核心設備。這5臺設備安裝在地面鋼軌上,堆取料作業(yè)中始終處于行走狀態(tài)。在堆取料操作時,需要和地面皮帶一起連鎖工作,否則就會出現(xiàn)積料事故。傳統(tǒng)使用電纜通訊方式造價高、故障率高、不易維護,所以數(shù)據(jù)傳輸采用無線方式。

2.1.1 無線網(wǎng)橋技術應用

首先通過專用串口線連接SRM6310E無線網(wǎng)橋的Console口。設定SRM6310E的工作模式為:點到多點模式(Point to MultiPoint)。點到多點工作模式中網(wǎng)橋設備分為Master主站和Slave從站兩種。

所有要通訊的遠程無線網(wǎng)橋統(tǒng)一設定在一個頻率鍵上,例如選擇5.頻率鍵是一組跳躍序列的代號,這個跳躍序列采用了16個頻點。依照一個內(nèi)部協(xié)議在一秒之內(nèi)隨機、同步、跳躍頻率進行通訊;這種來源于軍事無線通訊的技術抗干擾和保密性非常的強。正是因為這種技術的應用,實現(xiàn)了可靠穩(wěn)定的無線鏈路。

2.1.2 無線網(wǎng)橋調試

必須合理利用無線帶寬,因為網(wǎng)橋只有182Kbps的速率。通過反復試驗,多點模式一對四是通訊的上限,否則會經(jīng)常出現(xiàn)延時過長的情況。一對四,基本延時在400ms,偶爾也有800ms的情況但是可以容忍;點對點延時在45ms。這個參數(shù)可以作為實際工程中以太網(wǎng)絡延時參數(shù)。一般對時間不敏感的系統(tǒng)可以放大些,對系統(tǒng)穩(wěn)定有好處。

2.1.3 使用Wires hark 網(wǎng)絡包分析工具處理無線網(wǎng)絡故障

網(wǎng)橋在現(xiàn)場應用會出現(xiàn)幾種情況:延時過長、超時、網(wǎng)絡擁塞。處理這三種情況一是使用Ping命令,二是使用包分析軟件Wires hark。在實際工程應用中,一是要設置看門狗程序,及時發(fā)現(xiàn)通訊中斷的情況,作出相應的處理和報警,避免事故的發(fā)生;二是利用MAC地址過濾技術,保障無線側有足夠的通訊帶寬。

2.2 ABB系統(tǒng)與西門子BW500儀表實現(xiàn)ProfiBus總線硬線-通訊雙模式控制和SAP全模式通訊

西門子BW500儀表控制的5臺拖料秤。BW500儀表稱重儀表,可以獨立實現(xiàn)各種配料控制,通過選擇不同的SmartLinx通訊板卡,可以擴展實現(xiàn)多種現(xiàn)場總線的互操作。

2.2.1 現(xiàn)場總線連接分散儀表

首先安裝了支持PROFIBUS協(xié)議的SmartLinx通訊子板,根據(jù)3#電氣室的ProfiBus網(wǎng)絡地址分配情況,設置了硬件通訊地址。將3#電氣室DP總線連接5臺儀表的通訊端口。

2.2.2 雙模式控制程序編制

通過編程實現(xiàn)了BW500儀表硬線和DP雙模式遠程控制。使用了DP_lose這個變量控制數(shù)據(jù)源和處理。通過編程實現(xiàn)的Single Parameter Access (SPA)訪問模式,可以在上位機訪問儀表內(nèi)所有參數(shù)。如:該儀表運行模式是遠程、自動、和DP控制。

2.3 采用UDP協(xié)議技術在ABB不同項目之間進行數(shù)據(jù)交換

2.3.1 安裝虛擬硬件,設置通訊參數(shù)

通過編程采用UDP協(xié)議,使不同項目ABB系統(tǒng)之間通訊做詳細解析。首先在硬件結構內(nèi)組態(tài)以太網(wǎng)模塊EI801F;增加兩個UDP收發(fā)虛擬硬件。發(fā)送硬件標簽名為Peiliao_Send;接收硬件標簽名為Peiliao_ Read;選擇發(fā)送協(xié)議為UDP;目標地址為另一個項目中的CPU。在自己的TCP/IP端口和遠程的TCP/IP端口分別填入大于20000+端口號。

2.3.2 開發(fā)通訊程序,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換

在編程中組態(tài)程序參數(shù)。發(fā)送模塊對應發(fā)送虛擬硬件,接口名稱填寫發(fā)送模件的標簽名Peiliao_Send,遠程接收ID為遠程端口號。硬件的標簽名為Room3_Read。在編程中使用接收功能塊,并且定義功能塊參數(shù)。接口名稱為Room3_Read;與硬件設置相互對應。程序編寫完畢后發(fā)送端和接收端數(shù)據(jù)要嚴格一致。ABB系統(tǒng)項目采用全局數(shù)據(jù)庫(西門子為局部數(shù)據(jù)庫)。UDP通訊的意義在于,不同項目間數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)UDP協(xié)議原理,可以進行不同廠家的系統(tǒng)通訊。

2.4 兩級網(wǎng)絡重要診斷信息上位機顯示

經(jīng)過長期的維護工作研究和分析:無論是上位機網(wǎng)絡還是過程控制網(wǎng)絡中斷,對控制系統(tǒng)影響是非常大的;數(shù)目眾多的遠程站通訊問題也會產(chǎn)生局部影響。通過改造將遠程站丟失、DP光纖鏈路器故障、赫斯曼交換機故障的報警信息通過上位機顯示出來。將圖爾克遠程站診斷字節(jié)拆分,通過編程進行顯示和報警。

3 結束語

通過該項目實施和改造,使一個面積分布廣大,系統(tǒng)廠家眾多,控制復雜的冶金原料場控制系統(tǒng),實現(xiàn)了整體融合。原料場控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化,降低了設備維護需要付出的勞動量。控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化集成,符合當今世界信息化的潮流和方向,為更高和更深層次的應用提供了平臺。

[1]彭澎。計算機網(wǎng)絡實用教程[M]。北京:電子工業(yè)出版社,2002.

[2]嚴蔚敏,吳偉民。數(shù)據(jù)結構[M]。北京:清華大學出版社,1985.

[3]楊德元。計算機軟件技術基礎[M]。北京:高等教育出版社,1988.