自动控制系统网络信息化集成实践

河钢宣钢检修公司 胡晓宁

自动控制系统网络信息化集成实践

河钢宣钢检修公司 胡晓宁

原料场控制系统网络化,降低了设备维护需要付出的劳动量。控制系统的网络化集成,符合当今世界信息化的潮流和方向,为更高和更深层次的应用提供了平台。本文详细叙述将上述设备联进一个网络,建成一个兼容性的综合控制网。工业控制系统是企业信息化系统的最底层数据源。

ProfiBus;网桥;堆取料机;无线网桥

1 系统概述

宣钢原料场项目分为场内和场外两部分。两部分各自独立。在全国范围内,宣钢原料场属于大型冶金原料场之一。主系统拥有8个大型CPU、231个远程站(含30个柜内站)、5306个控制点、12台VIS操作站。辅助系统有:15个圆盘的主配料系统、5条拖料皮带的杂矿配料系统、6台大型机械的堆取料机系统和复杂的翻车机系统,共计6个独立分散的大中型控制系统(小型PLC不在统计之列)。我公司原料场系统实际情况是主控制、主配料、外供3个系统为ABB公司;堆取料机和杂矿配料系统为西门子公司;遍布全场的远程站属于图尔克公司;UPS属于GE公司;料位属于西班牙尤梯尔公司。各个公司的系统互不连通。各个系统间的差别也很大,有DCS系统、PLC系统、单片机系统。

2 功能设计与技术方案

控制系统的信息化集成,首先得统一规划将要建设的网络、确定网络接入的标准;包括施工、硬件、协议、接口、软件技术等等。

经过研究分析,首先必须整合网络;其次依靠现场总线技术、OPC技术和网络通讯去解决数据采集的问题,通过分布式处理达到各个系统既独立又融合。使用工业级无线通讯技术,联通了堆取料系统,实现远程管理。将杂矿系统通过ProfiBus现场总线接入了主控系统,实现了ABB系统对西门子BW500单片机仪表的远程全模式操作和系统间数据交换。将配料系统改造为ABB系统,利用UDP协议在不同项目间传输数据,实现系统间连锁和远程管理。

2.1 大型移动机械设备无线网络技术研究和开发

原料场内部现有2台堆取料机、2台取料机、1台堆料机,该5台大型设备是原料场堆、取料的核心设备。这5台设备安装在地面钢轨上,堆取料作业中始终处于行走状态。在堆取料操作时,需要和地面皮带一起连锁工作,否则就会出现积料事故。传统使用电缆通讯方式造价高、故障率高、不易维护,所以数据传输采用无线方式。

2.1.1 无线网桥技术应用

首先通过专用串口线连接SRM6310E无线网桥的Console口。设定SRM6310E的工作模式为:点到多点模式(Point to MultiPoint)。点到多点工作模式中网桥设备分为Master主站和Slave从站两种。

所有要通讯的远程无线网桥统一设定在一个频率键上,例如选择5.频率键是一组跳跃序列的代号,这个跳跃序列采用了16个频点。依照一个内部协议在一秒之内随机、同步、跳跃频率进行通讯;这种来源于军事无线通讯的技术抗干扰和保密性非常的强。正是因为这种技术的应用,实现了可靠稳定的无线链路。

2.1.2 无线网桥调试

必须合理利用无线带宽,因为网桥只有182Kbps的速率。通过反复试验,多点模式一对四是通讯的上限,否则会经常出现延时过长的情况。一对四,基本延时在400ms,偶尔也有800ms的情况但是可以容忍;点对点延时在45ms。这个参数可以作为实际工程中以太网络延时参数。一般对时间不敏感的系统可以放大些,对系统稳定有好处。

2.1.3 使用Wires hark 网络包分析工具处理无线网络故障

网桥在现场应用会出现几种情况:延时过长、超时、网络拥塞。处理这三种情况一是使用Ping命令,二是使用包分析软件Wires hark。在实际工程应用中,一是要设置看门狗程序,及时发现通讯中断的情况,作出相应的处理和报警,避免事故的发生;二是利用MAC地址过滤技术,保障无线侧有足够的通讯带宽。

2.2 ABB系统与西门子BW500仪表实现ProfiBus总线硬线-通讯双模式控制和SAP全模式通讯

西门子BW500仪表控制的5台拖料秤。BW500仪表称重仪表,可以独立实现各种配料控制,通过选择不同的SmartLinx通讯板卡,可以扩展实现多种现场总线的互操作。

2.2.1 现场总线连接分散仪表

首先安装了支持PROFIBUS协议的SmartLinx通讯子板,根据3#电气室的ProfiBus网络地址分配情况,设置了硬件通讯地址。将3#电气室DP总线连接5台仪表的通讯端口。

2.2.2 双模式控制程序编制

通过编程实现了BW500仪表硬线和DP双模式远程控制。使用了DP_lose这个变量控制数据源和处理。通过编程实现的Single Parameter Access (SPA)访问模式,可以在上位机访问仪表内所有参数。如:该仪表运行模式是远程、自动、和DP控制。

2.3 采用UDP协议技术在ABB不同项目之间进行数据交换

2.3.1 安装虚拟硬件,设置通讯参数

通过编程采用UDP协议,使不同项目ABB系统之间通讯做详细解析。首先在硬件结构内组态以太网模块EI801F;增加两个UDP收发虚拟硬件。发送硬件标签名为Peiliao_Send;接收硬件标签名为Peiliao_ Read;选择发送协议为UDP;目标地址为另一个项目中的CPU。在自己的TCP/IP端口和远程的TCP/IP端口分别填入大于20000+端口号。

2.3.2 开发通讯程序,实现数据交换

在编程中组态程序参数。发送模块对应发送虚拟硬件,接口名称填写发送模件的标签名Peiliao_Send,远程接收ID为远程端口号。硬件的标签名为Room3_Read。在编程中使用接收功能块,并且定义功能块参数。接口名称为Room3_Read;与硬件设置相互对应。程序编写完毕后发送端和接收端数据要严格一致。ABB系统项目采用全局数据库(西门子为局部数据库)。UDP通讯的意义在于,不同项目间数据传输。根据UDP协议原理,可以进行不同厂家的系统通讯。

2.4 两级网络重要诊断信息上位机显示

经过长期的维护工作研究和分析:无论是上位机网络还是过程控制网络中断,对控制系统影响是非常大的;数目众多的远程站通讯问题也会产生局部影响。通过改造将远程站丢失、DP光纤链路器故障、赫斯曼交换机故障的报警信息通过上位机显示出来。将图尔克远程站诊断字节拆分,通过编程进行显示和报警。

3 结束语

通过该项目实施和改造,使一个面积分布广大,系统厂家众多,控制复杂的冶金原料场控制系统,实现了整体融合。原料场控制系统网络化,降低了设备维护需要付出的劳动量。控制系统的网络化集成,符合当今世界信息化的潮流和方向,为更高和更深层次的应用提供了平台。

[1]彭澎。计算机网络实用教程[M]。北京:电子工业出版社,2002.

[2]严蔚敏,吴伟民。数据结构[M]。北京:清华大学出版社,1985.

[3]杨德元。计算机软件技术基础[M]。北京:高等教育出版社,1988.