Prosoft网关通讯技术在空压站的应用

于鸿银

(沈阳铝镁设计研究院有限公司,辽宁 沈阳 110001)

空压站的成套设备种类较多,并且在设计和采购阶段通讯模块品牌选择很难完全保持统一。Rockwell PLC等主流控制系统与一些小众品牌PLC进行通讯时会遇到硬件不匹配、通讯协议不兼容等问题,不但需要花费更高的成本进行硬件更新迭代,还需要进行繁琐的协议转换以及轮询程序的编写,加大了调试成本。即便通讯成功,运行期也会出现故障率增高、传输延迟等情况,所以选择一款主流且兼容性强的第三方通讯工具,已成为通讯成功的关键。为了解决以上问题,本文介绍了某工程采用Prosoft网关技术实现空压机参数通讯,经过近5年投产运行,通讯快速稳定有效,能够对未来其他电解铝工程建设起到借鉴意义。

1 空压站系统描述

电解铝厂的空压站要为电解车间、阳极组装等大部分车间提供压缩空气,所以空压站设备的运行特性对整个工厂的正常生产和能耗都有着非常重要的影响[1]。

空压站主要设备包括自洁式空气过滤器、空压机、余热再生干燥器、除尘过滤器、储气罐及废油收集箱。空气经过自洁式空气过滤器过滤掉所含的灰尘后进入离心式空气压缩机,经过三级压缩后产生的压缩空气进入余热再生干燥、除尘过滤器处理,处理后的干燥、洁净的压缩空气进入储气罐,经压缩空气管道输送至用户。其中空压机的各级油水分离器、后冷却器和储气罐等设备中所排出的油和水分经废油收集箱收集。空气压缩机和余热再生干燥器的冷却介质为冷却水。因此,设置了空压站循环水系统。

2 空压站控制系统配置

某电解铝工程中,在空压站内设置公辅中心控制室配置一对相互冗余的Rockwell 1756-L73控制器,以实现该区域的自动化控制。该车间设置了一个工程师站,可对下位机程序进行组态。同时通过触摸屏和工程师站上位机,可实时监控各区域流程界面、设备状态、参数设置及历史趋势等。

全厂控制采用双网络Network A和Network B(以下简称为“AB网”),AB网在物理上完全隔离。当一个网络出现掉线情况时,可以自动切换到另一个网络。空压站控制系统的汇聚层交换机接至AB网,与集控中心的核心交换机通讯,实现了厂区级的集中控制,并为接入管控系统打下基础。

空压站内各个成套设备及远程站点均需要接入主控制系统,其中干燥机和过滤机均自带Rockwell PLC,可通过以太网接入空压站控制室交换机。空压站循环水、大修车间循环水分别设置远程控制机柜,并通过以太网接入空压站控制室形成区域环形网络。空压站区域控制中心网络拓扑图如图1所示。

车间内搭载Rockwell PLC的设备,均可以通过IP地址索引方式实现设备参数信息的读取,继而满足厂区内大部分成套设备的通讯需求。空压机作为该区域最重要的设备,是为电解厂区大部分车间提供气源动力的核心装置,可谓电解铝厂必不可少的设备[2]。连续稳定的气源依托于空压机的平稳运行,所以保障空压机正常使用,对于设备参数的集中监控就成了关键。但是空压机自带的PLC为其他品牌,主控制器Rockwell PLC无法通过IP地址索引的方式获取空压机的生产参数及数据,所以采用何种方式进行空压机参数的通讯成为了亟待解决的问题。

3 空压机通讯配置

3.1 Prosoft 网关通讯特点

为了解决上述问题,本项目空压站控制系统引入了Prosoft网关技术,采用MV156-PDPMV1模块作为第三方通讯模块,可作为Rockwell PLC的强大通信接口,该模块能够与Rockwell PLC完美兼容,可集成到Rockwell PLC的卡件背板上,这时可以把它看作是一个普通的IO模块,能够在Profibus-DP通讯协议下与Rockwell PLC进行高效的数据交换,模块通过自身的内部数据库来实现主从站之间的数据交换。

MV156-PDPMV1模块支持完整的Profibus-DP主站规格,符合IEC61158标准。非循环参数数据可通过DPV1服务进行传输,从而使PLC处理器通过该模块与支持Profibus-DP V0/V1协议的从站设备轻松实现通信。该模块在Profibus网络和Rockwell PLC之间完成协议转化和数据传输的时候,被视为系统本身的输入/输出模块。PLC处理器的数据传输与Profibus网络上的I/O数据传输异步。

3.2 Prosoft网关通讯技术配置

在本项目中,Rockwell PLC作为主站,现场5台空压机串接至厂家自带的Elektronikon Mk5网关模块作为从站,可通过MV156-PDPMV1模块的RJ45 Ethernet通讯端口与Elektronikon Mk5网关模块端口相连接,实现Rockwell PLC与现场5台空压机的通讯。

通讯组态配置可通过MV156-PDPMV1模块自带的软件Prosoft Configuration Builder(PCB)进行,在该软件添加 MVI56-PDPMV1 模块进行 Profibus 总线的设置,首先在默认模块中选择MV156-PDPMV1,其次对Profibus DP网络进行参数配置,即在该界面设置波特率和Profibus DP地址等信息,然后将空压机Elektronikon Mk5网关模块的GSD文件进行导入备份,最后对Profibus DP进行主从站配置。将MVl56-PDPMVl 模块作为主站,空压机Elektronikon Mk5网关模块作为从站,并分别设置相应的主从站地址。图2图3分别为Rockwell PLC和MV156-PDPMV1模块的通讯配置界面。

图2 Rockwell PLC通讯配置界面

图3 MV156-PDPMV1模块通讯配置界面

该通讯模式主要是通过MVI56inputDataBlock和MVI56OutputDataBlock这两个数据块实现的,这两个数据块(输入数据块和输出数据块)构成了一个整体的数据架构,从站设备将数据传送到输入数据缓存区;输出缓存区将数据写到从站设备;MVI56-PDPMV1模块将配置信息和状态信息传送到Rockwell PLC,Rockwell PLC给MVI56-PDPMV1模块发送接收指令并获取响应信息,数据交换模式如图4所示。

图4 主从站数据传输模式

4 结 语

针对空压机的设备特性,Prosoft网关技术在满足传统控制系统的工艺流程、生产参数、历史趋势、报警事件以及综合报表等功能的同时,具有更强大的数据采集能力以及高级标签的应用,通过这两大功能可实现不同品牌PLC的数据中转。

本项目采用Prosoft网关技术进行空压机参数通讯实践之后,软件编写量相比以往冗长的轮询程序大幅度较低,仅调用输入/输出等数据块即可完成。基于MV156-PDPMV1模块的硬件特性,数据传输刷新速率提高,数据更加准确可靠,系统故障率也随之降低。基于该技术的空压站系统成功投运5年,反馈系统可靠稳定,多年的实践效果验证了其有效性,也为这种通讯模式积累了成熟的实践经验。其实不仅仅限于PLC,只要是Prosoft网关支持的通信驱动的PLC、仪表、传感器等,都可实现各种自动化产品之间的无缝衔接,这也是今后该项技术发展的方向。