現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在邯鋼高爐改造中的應(yīng)用

1 前言
邯鋼4#高爐自1993年投產(chǎn)至今以有12年，外部設(shè)備嚴(yán)重老化，熱風(fēng)爐原有的PLC控制系統(tǒng)TDC3000也經(jīng)常出現(xiàn)模板損壞和通訊中斷事故，急需改造。考慮到熱風(fēng)爐設(shè)備較為分散，而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)正適合于這種分散的、具有通信接口的現(xiàn)場(chǎng)受控設(shè)備的系統(tǒng)，所以決定引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)熱風(fēng)爐進(jìn)行改造。
2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述
現(xiàn)場(chǎng)總線的概念是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)成為可能后，于1984年左右提出的。現(xiàn)場(chǎng)總線一般定義為：一種用于智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放式，數(shù)字化，雙向串行，多節(jié)點(diǎn)的通信總線。其主要特征：
2.1 數(shù)字式通信方式取代設(shè)備級(jí)的模擬量（如4-20mA,0-5V等信號(hào)）和開(kāi)關(guān)量信號(hào)；
2.2 在車(chē)間級(jí)與設(shè)備級(jí)通信的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)；
2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠自動(dòng)化過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信的一次數(shù)字化革命；
2.4 現(xiàn)場(chǎng)總線使自控系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層。使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)；
2.5在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的延伸，是支撐現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車(chē)間級(jí)信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：全數(shù)字化、全分布、雙向傳輸、自診斷、節(jié)省布線及控制室空間、多功能儀表、開(kāi)放性、智能化與自治性等。
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)通常由以下部分組成： 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表、控制器 、現(xiàn)場(chǎng)總線線路 、監(jiān)控、組態(tài)計(jì)算機(jī) ，這里的儀表、控制器、計(jì)算機(jī)都需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡、通信協(xié)議軟件連接到網(wǎng)上。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡、通信協(xié)議軟件是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)和神經(jīng)中樞。

3 改造方案和措施
3.1 PLC系統(tǒng)用A-B控制系統(tǒng)代替TDC3000控制系統(tǒng),軟件采用A-B的RSlogix 5000和RSview32。其優(yōu)點(diǎn)為：3.1.1備件易于采購(gòu)（原有的TDC3000產(chǎn)品已不生產(chǎn)）。3.1.2統(tǒng)一采用A-B的設(shè)備與軟件，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。3.1.3系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)。
3.2現(xiàn)場(chǎng)總線部分采用德國(guó)圖爾克公司的BL2O系列輸出摸板、FDNL系列輸入摸板和網(wǎng)絡(luò)附件。
3.3本次現(xiàn)場(chǎng)總線改造涉及熱風(fēng)爐自身的液壓閥門(mén)以及三座公用的液壓閥門(mén)，其余相對(duì)集中的電動(dòng)閥門(mén)、液壓站、風(fēng)機(jī)控制均進(jìn)主PLC。總線分為14個(gè)地址，即01-13。所有的總線輸出點(diǎn)在01（BL20）站，輸入點(diǎn)在02-13站。
3.4取消原有PLC輸入、輸出柜，設(shè)備的各個(gè)輸入點(diǎn)直接進(jìn)PLC柜，輸出點(diǎn)隔離繼電器加在過(guò)程站控制柜中。
4 系統(tǒng)配置
4.1主PLC模板型號(hào)CPU:1756-L55 ControlLogix5555(一塊)，ENET:1756-ENBT/A(一塊)，DI：1756-IB16(五塊)，DO：1756-OB16E(三塊)，AI：1756-IF16(一塊)，AO：1756-OF16(一塊)，DNB: 1756-DNB(一塊)， 主PLC通過(guò)1756-ENET通訊模塊掛在以太網(wǎng)上完成控制功能。
4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線模板型號(hào)DI：FDNL-L1600-T、FDNL-L0800-T，DO：BL20-4DO-24V-0.5-P，由主PLC1756-DNB模塊充當(dāng)Device Net設(shè)備與Logix5550控制器之間的接口并實(shí)現(xiàn)通訊。
4.3 2套研華工控機(jī)通過(guò)3COM網(wǎng)卡掛在以太網(wǎng)上完成監(jiān)視和操作功能

系統(tǒng)配置如圖如下：

5 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
5.1 Ethernet協(xié)議: Ethernet用電纜將計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備連接起來(lái)，使它們之間可以互相通訊。用于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際連線稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)“媒介”。除物理媒介外，所有Ethernet網(wǎng)絡(luò)支持協(xié)議都提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理功能。
在網(wǎng)絡(luò)上使用Ethernet之前必須對(duì)其組態(tài)，包括：IP地址、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)和子網(wǎng)掩碼。
5.1.1 IP地址標(biāo)識(shí)了網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)TCP/IP節(jié)點(diǎn)必須有唯一的IP地址。
5.1.2網(wǎng)關(guān)將單獨(dú)的物理網(wǎng)絡(luò)連接到系統(tǒng)中。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要與另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通訊時(shí)，網(wǎng)關(guān)可以在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間傳輸數(shù)據(jù)。
5.1.3子網(wǎng)掩碼是IP地址表的擴(kuò)展，它允許站點(diǎn)在多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上使用單一的網(wǎng)絡(luò)ID。
本系統(tǒng)是通過(guò)RSLINX軟件進(jìn)行上述組態(tài)的。
通過(guò)Ethernet協(xié)議完成熱風(fēng)爐兩臺(tái)工控機(jī)與CPU之間 以及與熱風(fēng)爐儀控、爐頂和槽下CPU之間的通訊。
5.2 DeviceNet協(xié)議：通過(guò)1756-DNB模塊控制器與DeviceNet設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
DeviceNet系統(tǒng)特點(diǎn)：
5.2.1基于CAN芯片，具有更強(qiáng)大的通訊功能，支持多種通訊方式。
5.2.2 DeviceNet具有更強(qiáng)大的抗電磁干擾能力。
5.2.3軟件支持在線自動(dòng)建立系統(tǒng)，使用更方便。
5.2.4網(wǎng)絡(luò)最多支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)。
5.2.5采用竹竿-分支拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
5.2.6總線電源與通訊信號(hào)使用同一電纜。總線電源為24VDC，其向節(jié)點(diǎn)提供工作電源及向輸入設(shè)備提供電源。
5.2.7輸出采用輔助電源供電，確保總線通訊不受負(fù)載的影響。
通訊速率與通訊距離關(guān)系見(jiàn)下圖表：

本系統(tǒng)是通過(guò)RSNETWORX FOR DeviceNet軟件組態(tài)1756-DNB模塊。
通過(guò)1756-DNB模塊完成熱風(fēng)爐主PLC與Device Net設(shè)備進(jìn)行通訊。
6 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)這次現(xiàn)場(chǎng)總線改造，減少了熱風(fēng)爐的事故發(fā)生率，較之改造前更易排除故障，同時(shí)系統(tǒng)綜合成本大副減少。投運(yùn)以來(lái)，總線系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，從而保證了高爐的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線是工業(yè)控制系統(tǒng)的新型通訊標(biāo)準(zhǔn)，是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的低成本自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的采用將帶來(lái)工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的革命。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開(kāi)放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn): 1陽(yáng)憲惠. 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用. 北京，清華大學(xué)出版社.