基于DeviceNet現(xiàn)場總線技術的高爐爐頂控制系統(tǒng)

夏江波

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南 250101）

基于DeviceNet現(xiàn)場總線技術的高爐爐頂控制系統(tǒng)

夏江波

（山鋼股份濟南分公司檢修工程公司，山東濟南 250101）

基于DeviceNet現(xiàn)場總線技術特點，重點從硬件設計和軟件設計兩個方面介紹了其在高爐爐頂控制系統(tǒng)中的應用，實踐證明，應用了DeviceNet現(xiàn)場總線技術的高爐爐頂控制系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

DeviceNet；現(xiàn)場總線；高爐爐頂；控制系統(tǒng)

1 引言

高爐爐頂是高爐的重要組成部分。近年來，隨著高爐向大型化、智能化方向發(fā)展，許多新型設備應用在高爐爐頂上，高爐爐頂控制系統(tǒng)成為高爐控制系統(tǒng)中最為關鍵的一部分。

DeviceNet現(xiàn)場總線技術使用開放式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，方便了系統(tǒng)開發(fā)與故障診斷。該技術可以節(jié)省配電線路、簡化線路、方便安裝，便于維修和維護。相比較PLC集中控制，DeviceNet現(xiàn)場總線技術在配線、安裝、調試、維護和通信方面有明顯的優(yōu)勢。

實踐證明，在某鋼鐵廠高爐爐頂控制系統(tǒng)中采用DeviceNet現(xiàn)場總線技術，能夠適應高爐爐頂?shù)纳a(chǎn)環(huán)境和控制技術要求。

2 系統(tǒng)硬件設計

2．1 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

該高爐爐頂控制系統(tǒng)采用三層工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構，最上層為EtherNet，由計算機、交換機和PLC組成，計算機主要作為監(jiān)控系統(tǒng)和工程師站，交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。中間層為ControlNet，ControlNet嵌入于PLC控制系統(tǒng)中，PLC控制系統(tǒng)將監(jiān)控系統(tǒng)的信息經(jīng)過處理后傳遞給設備層，也將設備層的信息經(jīng)過處理后傳遞給監(jiān)控系統(tǒng)，同時也可與其它控制系統(tǒng)的PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。最底層為DeviceNet，DeviceNet現(xiàn)場總線與現(xiàn)場設備相連接，將現(xiàn)場設備的相關信息讀入遠程I／O模塊，再通過DeviceNet現(xiàn)場總線傳輸?shù)絇LC中，同時，PLC將相關處理命令寫入DeviceNet現(xiàn)場總線的遠程I／O模塊中，來驅動現(xiàn)場設備動作。

高爐爐頂控制系統(tǒng)DeviceNet現(xiàn)場總線網(wǎng)絡結構涉及的設備為爐頂設備，主要有水系統(tǒng)閥門、供氮閥門、大型閥門、液壓站、探尺主令、布料器主令、探尺編碼器、噴煤閥和其它設備等，系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

2．2 系統(tǒng)硬件配置

2．2．1 硬件選型

高爐爐頂PLC控制系統(tǒng)采用AB系列PLC，CPU選用1756－L63熱備系統(tǒng)，ControlNet網(wǎng)絡協(xié)議擴展至5個機架，DeviceNet現(xiàn)場總線網(wǎng)絡模塊選用AB系列PLC模塊1756－DNB，遠程I／O模塊選用PMDN－DI16－0001和PMDN－DIO88－0001產(chǎn)品，DeviceNet現(xiàn)場總線涉及的相關主干線電纜、預鑄電纜、中繼器、分支器等設備全部選擇同品牌產(chǎn)品。

現(xiàn)場所有設備信號通過DeviceNet現(xiàn)場總線傳輸給PLC，PLC也將相關指令通過DeviceNet現(xiàn)場總線傳輸給現(xiàn)場設備。系統(tǒng)硬件連接如圖2所示（1756－DNB網(wǎng)絡模塊和兩個遠程I／O模塊示意圖）。

PMDN－DI16－0001對應于16點DI輸入，PMDN－DIO88－0001對應于8點DI輸入和8點DO輸出，根據(jù)設備功能I／O點數(shù)需求，在PLC機架上配置4個1756－DNB網(wǎng)絡模塊，安裝在第一個擴展機架上，分別占據(jù)第13、14、15和16槽位，每個1756－DNB網(wǎng)絡模塊分別與若干個遠程I／O模塊連接，遠程I／O模塊與現(xiàn)場設備相連接。

2．2．2 現(xiàn)場總線模塊設置

現(xiàn)場總線模塊設置，主要是分配1756－DNB網(wǎng)絡模塊地址和DeviceNet現(xiàn)場總線波特率設定，網(wǎng)絡模塊地址選擇范圍為0－63，可以擴展成64個網(wǎng)絡節(jié)點，依次設定網(wǎng)絡模塊地址為57、58、59和60。對于遠程I／O模塊，由于所連接設備I／O點數(shù)不同，一般都是從地址1依次向后排列，不重復，確保網(wǎng)絡模塊和遠程I／O模塊地址的唯一性。DeviceNet現(xiàn)場總線波特率有125kb、250kb和500kb三種設置方式，設置較小的波特率可以獲得較長的主干線傳輸距離。根據(jù)爐頂現(xiàn)場情況，主干線敷設的實際距離較遠，確定選擇125kb波特率，從站與主站波特率匹配，將網(wǎng)絡模塊和和遠程I／O模塊波特率都設置為125kb。DeviceNet現(xiàn)場總線模塊設置如表1所示。

表1 DeviceNet現(xiàn)場總線模塊設置表

圖2 系統(tǒng)硬件連接圖

2．2．3 現(xiàn)場配電

在現(xiàn)場配電這個環(huán)節(jié)中要合理布局，合理敷線，注意DeviceNet現(xiàn)場總線中主干線電纜的距離、接地和抗干擾等因素，嚴格按照規(guī)范進行連接?？紤]到高爐爐頂設備與PLC距離較遠，實際距離大于100m，為確保DeviceNet現(xiàn)場總線信號穩(wěn)定，在DeviceNet現(xiàn)場總線主干線電纜路徑中安裝DeviceNet中繼器，以增強傳輸信號。同時，在現(xiàn)場端子箱要考慮供電電源容量和電壓損耗問題，DeviceNet現(xiàn)場總線采用DC 24V電源供電，為減少電源衰減，在現(xiàn)場電氣端子箱再安裝DC 24V電源，專門給遠程I／O模塊供電，實現(xiàn)電源隔離和保障容量充足。

3 系統(tǒng)軟件設計

與硬件相匹配，PLC下位編程軟件采用Rslogix 5000，上位組態(tài)軟件采用FactoryTalk View Studio 5．1，DeviceNet現(xiàn)場總線采用 RSNetWorx for DeviceNet軟件配置。

3．1 通信組態(tài)設計

在通信功能設計過程中，需要先完成以下幾個步驟。

（1）現(xiàn)場的遠程I／O模塊已經(jīng)連接好設備，網(wǎng)絡模塊已經(jīng)配置在PLC機架上，在PLC下位程序中配置并激活網(wǎng)絡模塊1756－DNB。

（2）PLC的ControlNet已經(jīng)布局好，并能夠正常運行。

（3）使用RSNetWorx for DeviceNet軟件導入與遠程I／O模塊版本相匹配的EDS文件，能夠識別PMDN－DI16－0001和PMDN－DIO88－0001兩種遠程I／O模塊。

完成以上步驟后，使用RSNetWorxforDeviceNet軟件對DeviceNet現(xiàn)場總線網(wǎng)絡通信進行配置。對4 個1756－DNB網(wǎng)絡模塊進行設置，①利用RSNet－Worx for DeviceNet軟件對每個1756－DNB網(wǎng)絡模塊進行在線掃描，掃描出所有遠程I／O模塊，檢查整個網(wǎng)絡地址配置，查看模塊參數(shù)，對模塊進行參數(shù)設置；②進行在線修改，對1756－DNB網(wǎng)絡模塊參數(shù)設置，設置I／O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式和報文大小，分配地址，將配置文件下載到1756－DNB網(wǎng)絡模塊中，并保存配置文件；③配置信息傳輸給CPU，實現(xiàn)CPU通過DeviceNet現(xiàn)場總線對現(xiàn)場設備信息的讀取和命令的發(fā)出。

這樣，就完成了DeviceNet現(xiàn)場總線的通信組態(tài)設計，實現(xiàn)了CPU與現(xiàn)場遠程I／O模塊的通訊，實現(xiàn)PLC對現(xiàn)場設備的控制。

3．2 上位組態(tài)設計

上位組態(tài)采用FactoryTalk View Studio 5．1軟件來開發(fā)。對于AB系列PLC，利用通信服務軟件RSlinx。上位組態(tài)開發(fā)時在上位組態(tài)軟件可以直接讀取下位DeviceNet現(xiàn)場總線遠程I／O模塊的物理地址，實現(xiàn)上位組態(tài)軟件與DeviceNet現(xiàn)場總線遠程I／O模塊輸入輸出點的直接連接。

爐頂上位組態(tài)開發(fā)，主要完成對爐頂設備的監(jiān)控功能，實現(xiàn)對爐頂大型閥門、探尺、布料器、水系統(tǒng)閥門和噴煤閥的監(jiān)控。在爐頂上位組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中，將監(jiān)控畫面分為爐頂全貌、布料矩陣、液壓站、模塊監(jiān)控、爐頂閥門狀態(tài)和二級數(shù)據(jù)等6個子畫面。在監(jiān)控畫面中，實現(xiàn)對相關設備的啟動與停止控制、數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)測和重要信號預警等功能。

針對高爐爐頂PLC控制系統(tǒng)采用DeviceNet現(xiàn)場總線的這種結構，在上位組態(tài)畫面中開發(fā)出DeviceNet現(xiàn)場總線模塊監(jiān)控子畫面。上位組態(tài)軟件利用RSlinx軟件從下位程序中讀取1756－DNB網(wǎng)絡模塊和遠程I／O模塊參數(shù)，并給予相關顯示和預警，主要監(jiān)控1756－DNB網(wǎng)絡模塊通信、I／O、電源、運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和遠程I／O模塊通道狀態(tài)信息。當模塊發(fā)生故障時，參數(shù)信號改變，上位組態(tài)會給予及時提示，保障設備的穩(wěn)定運行。監(jiān)控畫面如圖3所示。

圖3 DeviceNet現(xiàn)場總線監(jiān)控畫面

4 結束語

DeviceNet現(xiàn)場總線技術在軟硬件設計方面靈活、可靠的特點，提高了高爐爐頂控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

［1］夏德海．現(xiàn)場總線技術［M］．北京：中國電力出版社，2003．

作者簡歷：

夏江波（1982－），工程師，主要從事煉鐵自動化方面工作。

Blast furnace top control system based on DeviceNet field bus technology

XIA Jiang－bo

（Jinan Branch Company，Shandong Iron＆Steel Group Co．，Ltd．，Jinan 250101，China）

Based on the characteristics of the DeviceNet field bus technology，the application of the DeviceNet fieldbus in the blast furnace top control system is presented from the two aspects of the hardware design and the software design．The experimental results show that the technology of the DeviceNet fieldbus can improve the system reliability and stability．

DeviceNet fieldbus；blast furnace top；control system

TP273

B

1005—7277（2016）06—0034—03

2016－05－24