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工業通訊技術在轉爐喂絲機控制系統的應用

來源:原創論文網 添加時間:2017-08-04
  摘要:該文主要介紹了西門子工業以太網及PROFIBUS現場總線兩種通訊技術的技術特點和典型應用,通過工業網絡通訊技術與鋼鐵工業自動化系統相結合實現高效應用。
  
  關鍵詞:工業以太網;現場總線;EM277
  
  1背景
  
  隨著煉鋼生產工藝對自動化要求越來越高,工業通訊技術應用于工廠的設備控制及管理的各個系統,我廠兩座轉爐喂絲機控制系統共有四套,控制站均采用西門子S7-200PLC進行控制,再通過西門子PROFIBUS現場總線通信技術與西門子S7-300PLC主站通信聯網,同時將該主站通過西門子工業以太網,與轉爐1#氬站、2#氬站兩套人機界面操作站進行通信,該系統采用主從式現場總線結構,多機系統工業以太網聯網,實現不同轉爐操作站對每個喂絲機系統的監控顯示、故障報警及報表記錄等。
  
  2西門子工業通訊技術
  
  2.1西門子工業以太網
  
  西門子工業以太網是經過現場驗證的技術,符合IEEE802.3標準,并提供100MBit/s快速以太網技術,并基于工業標準,利用了交換以太網結構,具有很高的網絡安全性、可操作性和實效性,同時低成本、高實效性、高擴展性,使不同設備和廠商很容易互聯,運用不同的物理介質和構成不同的拓撲結構,能實現管理層網絡與工業自動化控制網絡的無縫連接。
  
  2.2西門子現場總線
  
  PROFIBUS是一種應用較為廣泛的現場總線,其總線標準是國際總線標準IE61158的重要組成部分,基于它的開放式性,是制造業自動化主要應用的協議內容,包括兼容的三個部分:PROFIBUS-DP(Decentralized periphery),PROFIBUS-PA(Process automation),PROFIBUS-FMS(Fieldbus message specification)。其中DP是一種高速低成本通訊,用于工業自動化分散設備間的高速信息傳輸。
  
  3轉爐喂絲機控制系統及結構
  
  煉鋼轉爐車間四套喂絲機實時監控系統采用不同通訊技術實現分散監控,一是由1個主站和4個子站PLC組成西門子PROFIBUS-DP現場總線網,子站采用西門子S7-200的PLC對每臺喂絲機進行信號實時采集、監測和控制,通過通信模塊EM277接人西門子PROFIBUS現場總線,再由S7-300PLC主站系統集中實現數據通訊和信息交換。二是由S7-300PLC主站通過工業以太網通訊模塊CP343與工業網絡交換機進行通訊,將各個轉爐操作站的HMI上位機設置不同網絡地址,分別接人交換機,實現工業以太網絡通訊,進行對喂絲機分散監測和控制。系統結構示意圖如(圖1):
  
  4系統工藝要求
  
  轉爐每臺喂絲機分別都有各兩臺兩通道絲線自動喂絲機,采用PLC及其配套電氣儀表設備,實現對各個轉爐出鋼工序中加入不同合金包芯線控制,鋼包喂絲過程中根據工藝要求設定的種類和長度進行變化控制,且在該過程中能保持最佳的喂絲速度和準確的長度控制,從而使絲線在進入鋼包中能精確控制,實現降低絲線成本。操作人員可根據不同的鋼種工藝要求,在上位機操作界面上選擇相應品種的絲線喂絲分路,設定相應的喂絲速度和長度,選擇遠程/就地操作按鈕等一系列的指令后啟動喂絲,畫面實時顯示喂絲過程相應的參數,系統控制程序根據事先設定好的參數進行自動實時比較計算,實現精確可靠的自動喂絲,整個喂絲過程可介入人工干預,有效避免現場突發事件造成的生產異常。喂絲系統還提供系統故障報警、診斷和查詢功能,便于操作人員和維護人員及時發現系統故障原因并盡快處理使系統恢復正常工作。
  
  5系統實現控制功能
  
  5.1預置功能
  
  既可通過控制面板,也可通過上位機,對包芯線的喂線長度、喂線速度以及退線長度進行預置。
  
  5.2顯示功能
  
  喂絲機開始運行后,控制面板可瞬時顯示喂線速度和喂線的累計長度。
  
  若用戶要求,則通過喂絲機上的串行通訊接口,還能不斷地把當前的喂線速度和已喂線長傳給上位機,而且還能隨時在上位機處查看所預置的線長、線速以及線卷剩余長度等。
  
  5.3記憶功能
  
  本機不僅記憶所預置的全部參數,而且還能在關機后再開機時,把上次喂線操作的喂線參數顯示在顯示屏上。
  
  5.4調速功能
  
  無論是在進行參數預置,還是在進行操作時,也無論是什么操作模式下,都可根據需要,在0-420m/min范圍內,對喂線速度進行選擇或調節。
  
  5.5自動回退功能
  
  當喂絲機在自動模式下達到設定長度時,喂絲機將自動停止,然后低速按設定值自動回退絲線。
  
  5.6走行功能
  
  該喂絲機可選裝走行裝置,配備直線/旋轉小車,可以實現喂絲機前進后退,左右旋轉。
  
  5.7故障提示功能
  
  在喂絲過程中,如果所顯示的喂線速度遠低于預置速度(例如發生了斷線或嚴重打滑)時,控制儀表會用閃光信號進行報警;當預置線和長度大于線卷的剩余長度時,儀表會發出提示信號。
  
  5.8防止計假數功能
  
  在喂絲過程中,如果出現了打滑或斷線,從動計數輪將不轉(即不計數),從而防止計假數的發生。
  
  5.9簡化操作功能
  
  以最少的按鈕(鍵)完成多種功能的操作,在連續進行喂線的操作中,如果不需要改變操作模式,本機只需按一下“啟動”,則機器就會自動按照前次喂絲操作的參數進行工作。
  
  5.10自動保護和故障停車功能
  
  系統啟動時,當系統出現過載、過流、過壓、欠壓或變頻器故障時,機器會自動停止運轉。
  
  5.11適用性強
  
  根據喂絲速度可自動調節正壓力,以適用相應的不同芯粉標準號要求,從而保證冶金效果。
  
  6系統硬件和軟件
  
  6.1現場總線通訊硬件
  
  控制系統采用西門子S7-200系列PLC,通訊模塊采用EM277模塊來進行信號采集,再通過西門子專用總線電纜連接到帶有PROFIBUS-DP總線通訊接口的西門子S7-300系列PLC.
  
  6.2工業以太網通訊硬件
  
  西門子S7-300系列PLC通過以太網通訊模塊CP343進行組態設置以太網通訊地址,采用超五類網絡線連接到工業以太網交換機,同時操作員站的人機界面電腦網卡上分別設置不同的以太網通訊地址也接人交換機。
  
  6.3系統軟件
  
  在工業計算機上安裝監控軟件采用人機界面友好、功能強大的西門子STEP7及WINCC軟件,進行兩種網絡通訊的組態設置。
  
  7網絡通訊的建立
  
  7.1工業以太網通訊
  
  通過使用西門子SIMATIC Manager管理軟件,對PLC中CP343進行網絡組態,工控機通過本機網絡接口用網絡線直接連接PLC,設置不同的IP地址、協議、站號,然后將IP地址下載到的S7-300PLC中即可。
  
  操作站監控系統由工控機安裝西門子Wincc軟件,在軟件中設置不同的IP地址、協議、站號等,通過工業交換機與S7-300PLC通訊,完成對系統的過程信號采集、狀態監視、控制、報警及歷史趨勢記錄。
  
  7.2現場總線通訊
  
  安裝西門子專用的網絡組態工具-STEP 5.5和通訊模塊EM277的GSD文件,首先在STEP5.5硬件組態中添加EM277的GSD文件,并建立一個所需要的PROFIBUS-DP網絡,在該網絡上添加子站,并設置每個站的地址、協議、站號、波特率等參數,再將網絡組態在主站硬件組態中下載。同時從站EM277模塊上的撥碼開關必須要與組態的站號地址保持一致才能正常通訊。
  
  8系統通訊技術特點
  
  兩種通訊網絡都基于西門子公司提供的開放的、適用于工業環境下不同控制級別的通訊系統,這些通信系統均符合國家、國際標準及ISO/OSI網絡參考模型。主站ST-300CPU通過現場總線與EM277連接,波特率為1.5MBit/s,響應速度在1ms以內,同時EM-277模塊能讀寫S7-200CPU中的定義的不同變量數據塊,最多可連接126個節點。管理控制層網絡采用工業以太網交換機與操作員站進行數據通訊,通信速率為100MBit/s,所以該系統網絡通訊速度快、能力強、擴展性好,并能實現兩種網絡無縫連接的全雙工通訊。
  
  9結束語
  
  鋼鐵工業的基礎自動化要求越來越高,通過不同工業通訊技術可以很方便生產工藝實現遠程監控和全自動控制,在轉爐鋼包喂絲機控制系統中,利用西門子工業以太網及現場總線兩種通訊技術,實現各個PLC控制站之間以及各操作員站的網絡通訊,進行實時監控顯示和管理,取得了良好的運行效果,該系統運行安全可靠、穩定,具有很高的應用、推廣價值。
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