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案例頻道1、系統(tǒng)概述
煉鋼使用先進(jìn)的鐵水脫硫―轉(zhuǎn)爐―精煉―連鑄生產(chǎn)工藝，可生產(chǎn)高附加值的鋼種，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。鋼包爐精煉是其中重要的一部分。精煉是把初煉鋼水裝入具有除塵設(shè)備的鋼包爐內(nèi)通過電極加熱控制鋼水溫度，送到喂絲精煉工位喂人定量合金絲，同步鋼包爐底部吹氬攪拌．其主要功能是實(shí)現(xiàn)鋼種成分達(dá)標(biāo)、鋼水溫度適合連鑄。我們的精煉系統(tǒng)由一座LF鋼包爐、一套雙罐位的VD真空處理裝置組成。具有脫硫、脫氣的作用。鋼包爐精煉PLC測(cè)控系統(tǒng)主要由加熱、爐體、真空、喂絲精煉測(cè)控等子系統(tǒng)組成．鋼包爐精煉PLC系統(tǒng)的工作原理是把在具備PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的煉鋼廠，在網(wǎng)絡(luò)支持下可以實(shí)現(xiàn)鋼包爐精煉測(cè)控系統(tǒng)資源和數(shù)據(jù)共享(其中包括現(xiàn)場(chǎng)儀表、傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)如鋼水溫度、鋼水質(zhì)量、氬氣壓力、喂絲速度、喂絲長(zhǎng)度、相關(guān)物流量等，還包括通過上下位機(jī)鍵盤輸入的數(shù)據(jù)和指令如鋼包號(hào)、班次、操作人、鋼種、設(shè)定喂絲速度、喂絲長(zhǎng)度、喂絲種類等)
精煉自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為基礎(chǔ)自動(dòng)化（L1級(jí)），和過程自動(dòng)化（L2集），并預(yù)留管理自動(dòng)化（L3級(jí)）接口。控制中心采用集中PLC控制，HMI工作站CRT監(jiān)控和操作，不再設(shè)操作臺(tái)。PLC系統(tǒng)為施耐德公司的Quantum 系列和Momentum系列控制器，通過HMI工作站，可以對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控，完成各個(gè)工藝設(shè)備或者工藝流程的順序控制和PID調(diào)解，故障報(bào)警處理及顯示。每個(gè)大系統(tǒng)上掛Ethernet，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。組態(tài)軟件采用Concept 2.5，監(jiān)控軟件采用的是Monitor pro 2.1和XBT-L1000 V3.7。整個(gè)精煉系統(tǒng)有兩臺(tái)交換機(jī)用雙絞線連成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，并用光纜與連鑄、轉(zhuǎn)爐等連成上一級(jí)環(huán)形管理網(wǎng)。每個(gè)PLC由Ethernet通訊模板提供自己的網(wǎng)絡(luò)連接Web頁(yè)，用戶可通過國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)用瀏覽器、HTML瀏覽本系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和生產(chǎn)情況。
2、基礎(chǔ)自動(dòng)化構(gòu)成
電氣控制自動(dòng)化控制系統(tǒng)按系統(tǒng)分：
l LF爐電氣控制系統(tǒng)
l VD爐電氣控制系統(tǒng)
l RMH(上料系統(tǒng)) 電氣控制系統(tǒng)
以上各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換是通過100M MUDBUS TCP工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的，主控設(shè)備在精煉控制室，現(xiàn)場(chǎng)的MAGLIS人機(jī)界面僅在設(shè)備調(diào)試和事故狀態(tài)下使用。
整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖：
由于各工序既相互獨(dú)立又聯(lián)系密切；設(shè)備相對(duì)分散，分別分布在兩層平臺(tái)的各個(gè)角落。因此自控系統(tǒng)的整體自動(dòng)控制和PLC的遠(yuǎn)程控制等要求控制器和網(wǎng)絡(luò)有更好的集成。整個(gè)控制系統(tǒng)大量使用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以滿足不同層次通訊需求。
它使用了三種網(wǎng)絡(luò)連接方式，以太網(wǎng)連接、MB+連接、遠(yuǎn)程從站的連接。整個(gè)精煉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有兩臺(tái)交換機(jī)（SWITH）居中連接，一臺(tái)是L1級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，一臺(tái)是L2級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。L1級(jí)有六臺(tái)計(jì)算機(jī)，分別是LF爐兩臺(tái)，VD爐兩臺(tái)，電極控制與喂絲機(jī)控制各一臺(tái)帶觸摸屏的計(jì)算機(jī)。L2級(jí)網(wǎng)絡(luò)連接L2級(jí)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，L1級(jí)的計(jì)算機(jī)，并用光纜與三煉鋼整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。控制其中除高速計(jì)數(shù)模塊是采用的Momentum系列，其他控制器都是Quantum系列。
經(jīng)過發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)形成4種不同協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。Schneider Electric(施耐德電氣公司)的“透明工廠”系統(tǒng)是基于Modbus TCP（它主要有Phoenix公司、OPTO 22公司、IDA等公司支持）的四種主流工業(yè)以太網(wǎng)中的一種。其余的是EtherNet/IP（ABB、Honeywell、Rockwell、三菱公司等支持），ProfiNet（西門子、PTO支持），F(xiàn)F HSE（現(xiàn)場(chǎng)基金會(huì)支持）。Modbus TCP是在Ethernet和、TCP\IP上結(jié)合Modbus 協(xié)議；通過簡(jiǎn)單的把Modbus 幀嵌入到TCP幀中，使Modbus與以太網(wǎng)和TCP/IP結(jié)合，成為Modbus TCP\IP。在目前的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，Modbus TCP\IP是最簡(jiǎn)單的一種。Ethernet網(wǎng)使用的每個(gè)IP地址單一，其采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方式連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)量或網(wǎng)絡(luò)區(qū)域幾乎是沒有限制的。使用標(biāo)準(zhǔn)的路由器和橋接器，能使網(wǎng)絡(luò)的性能和距離滿足幾乎所有控制系統(tǒng)的要求。其傳輸速率高達(dá)100MBPS，采用信息行業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP，應(yīng)用層使用Modbus協(xié)議，幾乎不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突，交換式以太網(wǎng)技術(shù)的使用，更加避免沖突發(fā)生。以太網(wǎng)聯(lián)接如圖：
精煉各個(gè)大系統(tǒng)之間是由Modbus TCP的10~100Mbps自適應(yīng)局域網(wǎng)構(gòu)成的，是高速以太網(wǎng)。每臺(tái)HP的主機(jī)上都帶有兩塊網(wǎng)卡，用RJ-45連接器連接。阻抗為100Ω的超5類雙絞線（100MHz，支持雙工）把網(wǎng)卡連到L1級(jí)與L2級(jí)交換機(jī)上。交換機(jī)器與網(wǎng)卡之間的距離不能超過100m。交換機(jī)還有一個(gè)重要特點(diǎn)就是它不是像集線器（HUB）一樣每個(gè)端口共享帶寬，它的每一端口都是獨(dú)享交換機(jī)的一部分總帶寬，這樣在速率上對(duì)于每個(gè)端口來說有了根本的保障。另外，使用交換機(jī)也可以把網(wǎng)絡(luò)“分段”，通過對(duì)照地址表，交換機(jī)只允許必要的網(wǎng)絡(luò)流量通過交換機(jī)，這就是VLAN（虛擬局域網(wǎng)）。通過交換機(jī)的過濾和轉(zhuǎn)發(fā)，可以有效的隔離廣播風(fēng)暴，減少誤包和錯(cuò)包的出現(xiàn)，避免共享沖突。這樣交換機(jī)就可以在同一時(shí)刻可進(jìn)行多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的數(shù)據(jù)傳輸，每一節(jié)點(diǎn)都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獨(dú)自享有固定的一部分帶寬，無須同其他設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)使用。如當(dāng)節(jié)點(diǎn)A向節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)B可同時(shí)向節(jié)點(diǎn)C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個(gè)傳輸都享有帶寬，都有著自己的虛擬連接。打個(gè)比方就是，如果現(xiàn)在使用的是10Mbps 8端口以太網(wǎng)交換機(jī)，因每個(gè)端口都可以同時(shí)工作，所以在數(shù)據(jù)流量較大時(shí)，那它的總流量可達(dá)到8×10Mbps＝80Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時(shí)，因?yàn)樗菍儆诠蚕韼捠降模酝粫r(shí)刻只能允許一個(gè)端口進(jìn)行通信，那數(shù)據(jù)流量再忙HUB的總流通量也不會(huì)超出10Mbps。如果是16端口、24端口的更是明顯了
每套系統(tǒng)之間的子系統(tǒng)是由Modbus Plus連接，使用雙芯通訊線。Modbus Plus是一種多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對(duì)等（Peer Cop協(xié)議）通訊網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)站通過PEER COP對(duì)等通訊協(xié)議方式與本地CPU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通訊節(jié)點(diǎn)可達(dá)64個(gè)（不加中繼器為32），傳輸速度達(dá)1MB/S，傳輸距離達(dá)1500米（不加中繼器450米），通訊設(shè)備可以是I/O模塊，PLC，計(jì)算機(jī)，人機(jī)界面（HMI），和其它Modbus Plus兼容的控制設(shè)備，Modbus Plus具有I/O數(shù)據(jù)通訊，互鎖，數(shù)據(jù)采集，程序上裝/下裝，和在線調(diào)試與監(jiān)控等功能。Modbus Plus網(wǎng)編程工具透明，可通過組態(tài)或調(diào)用固定功能來實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)源間的通訊。
各遠(yuǎn)程機(jī)架之間使用R I/O ，用同軸電纜連接。主回路用RG-11(AUI)的電纜連接，分站使用RG-6(BNC)的電纜連接。此種75Ω的同軸電纜，主要用于寬帶FDM模擬信號(hào)及高速數(shù)據(jù)。目前用同軸電纜傳送數(shù)據(jù)，可達(dá)50Mbps，距離一般為〈1Km。
此系統(tǒng)的馬達(dá)控制中心采用了施耐德電氣公司的智能控制產(chǎn)品，ATV_68型變頻器，內(nèi)置通訊卡，使變頻裝置可以直接通過Interbus連接到網(wǎng)絡(luò)上，通過通信，在CPU中監(jiān)控變頻器狀態(tài)。同時(shí)，各個(gè)槍（測(cè)溫槍、事故槍等）的編碼器使用的高速計(jì)數(shù)模塊均是Momentum系列的產(chǎn)品，相鄰Momentum模塊之間是由Interbus連接。Interbus通訊網(wǎng)絡(luò)是一種開放結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，它是一種環(huán)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用主從方式工作方式，具備強(qiáng)大的故障診斷功能，無需設(shè)置地址、無終端電阻；采用雙絞線無中繼傳輸，500K/S傳速速率，13000米傳輸距離（相臨子站距離可達(dá)400米）的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。大大提高了分布性系統(tǒng)的可靠性。
在整個(gè)三煉鋼工程中，采用了幾種網(wǎng)絡(luò)解決方案。通常在面對(duì)具體問題時(shí)，我們采用：
（1） 車間級(jí)生產(chǎn)信息集成系統(tǒng)更適合使用以太網(wǎng)。理由如下：
l 多數(shù)加工設(shè)備具有RS232接口；
l 實(shí)時(shí)性、，確定性、可靠性要求不高；與上層網(wǎng)路的信息規(guī)范和網(wǎng)絡(luò)接口兼容；
（2） 設(shè)備及控制優(yōu)先選用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。 理由如下：
l 實(shí)時(shí)性，確定性，可靠性要求；
l 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)種類、產(chǎn)品繁多，能夠提供各種成本的解決方案；
總結(jié)
精煉系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)能及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地完成生產(chǎn)過程中所發(fā)生的數(shù)據(jù)采集、控制、輸出工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，加快信息反饋，及時(shí)為操作和維護(hù)人員提供有效信息；以工業(yè)以太網(wǎng)為主的整個(gè)信息系統(tǒng)，各設(shè)備之間，資源信息共享，信息傳遞快速、方便；提高品種鋼的質(zhì)量，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)具有冗余性、擴(kuò)展性，并預(yù)留對(duì)外接口，可與總廠主干網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)WEB瀏覽功能以及與分廠其它系統(tǒng)的通訊。為以后的MES系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)