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        熱軋線加熱爐燃控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊的優(yōu)化

        2018-05-23 09:37:06邰曉宇
        世界有色金屬 2018年6期
        關(guān)鍵詞:網(wǎng)段控系統(tǒng)加熱爐

        邰曉宇

        (唐山鋼鐵股份有限公司中厚板公司,河北 唐山 063000)

        唐鋼中厚板公司軋鋼生產(chǎn)線加熱爐為步進(jìn)蓄熱式加熱爐,主要由加熱爐爐體、蓄熱室、換向系統(tǒng)以及燃料、供風(fēng)和排煙系統(tǒng)構(gòu)成。該種加熱爐通過蓄熱室提前預(yù)熱進(jìn)入爐腔內(nèi)的空氣和煤氣,減少熱量損耗,爐溫更加均勻,由于爐溫分布均勻,加熱質(zhì)量大大改善,產(chǎn)品合格率大幅度提高。蓄熱式燃燒是在相對的低氧狀態(tài)下彌散燃燒,沒有火焰中心,因此,不存在大量生成氮氧化物的條件。煙氣中氮氧化物含量低,有利于保護(hù)環(huán)境。在低氧燃燒狀態(tài)下,鋼坯的氧化損耗相應(yīng)的也會降低。節(jié)能,環(huán)保為其主要的特點(diǎn)。

        1 功能構(gòu)成

        燃燒控制系統(tǒng)分為兩個相互獨(dú)立的系統(tǒng):儀表燃控系統(tǒng)、換向控制系統(tǒng)。

        儀表燃控系統(tǒng)的主要功能構(gòu)成:以西門子S7-400PLC為控制核心,接收現(xiàn)場儀表檢測的各種燃燒相關(guān)數(shù)據(jù),分析計(jì)算收集來的這些數(shù)據(jù),最后通過自動調(diào)節(jié)煤氣空氣調(diào)節(jié)閥門的閥門開度,來達(dá)到溫度的自動控制。

        由儀表檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)包括:

        (1)溫度:爐頂溫度、爐側(cè)墻溫度、排煙管道溫度

        (2)流量:空氣總管流量,空氣支管流量,煤氣總管流量,空氣支管流量。

        (3)壓力:空氣總管壓力,煤氣總管壓力,爐內(nèi)壓力,壓縮空氣壓力、各燃燒段煙氣氧含量值、各調(diào)節(jié)閥閥位反饋換向控制系統(tǒng)的主要功能構(gòu)成:以西門子S7-300為控制核心,控制加熱爐各個燒嘴換向系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行進(jìn)氣、排氣的動作。同時,控制總管快切閥門和各支管快切閥門。

        2 系統(tǒng)現(xiàn)狀

        儀表燃控系統(tǒng)與換向控制系統(tǒng)通過MPI數(shù)據(jù)通訊的方式來進(jìn)行CPU之間的數(shù)據(jù)交換,并以同樣的方式與上位機(jī)畫面連接。

        MPI 英文全稱Multipoint interface,是SIMATIC S7多點(diǎn)通信的接口,是一種適用于少數(shù)站點(diǎn)間通信的網(wǎng)絡(luò),多用于連接上位機(jī)和少量PLC之間近距離通信。通過PROFIBUS電纜和接頭,將控制器S7-300或S7-400的CPU自帶的MPI編程口相互連接,以及與上位機(jī)網(wǎng)卡的編程口(MPI/DP口)通過PROFIBUS或MPI電纜連接即可實(shí)現(xiàn)MPI通訊。網(wǎng)絡(luò)中也可以不包括PC機(jī)而只包括PLC。MPI的通信速率為19.2K~12Mbit/s,但在實(shí)際應(yīng)用中直接連接S7-300CPU通信口的MPI網(wǎng),其最高速率通常為187.5Kbit/s,否則就會報錯。一個網(wǎng)段的最長通信距離為50米。

        3 系統(tǒng)存在的問題與解決方案

        由于MPI通訊本身的局限性,單網(wǎng)段通信距離最長50米。PLC室與操作臺距離較遠(yuǎn),在日常生產(chǎn)中,經(jīng)常出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)閃斷,丟包現(xiàn)象。即使加上中繼器,效果仍然不理想。另外從成本角度考慮,每個工控機(jī)都必須單獨(dú)配置一塊西門子CP5611網(wǎng)卡來與MPI網(wǎng)絡(luò)適配,MPI網(wǎng)絡(luò)物理連接層采用的是PROFIBUS電纜和接頭,可擴(kuò)展性,與其他系統(tǒng)兼容性差,并且采購成本高。

        最佳的解決方案是,把當(dāng)前MPI網(wǎng)絡(luò)替換成工業(yè)以太網(wǎng),對比MPI網(wǎng)絡(luò)通訊,以太網(wǎng)通訊有以下幾方面優(yōu)勢:

        (1)組建網(wǎng)絡(luò)成本低廉,采購渠道廣;

        (2)可擴(kuò)展性強(qiáng),尤其體現(xiàn)在與二級燃控模型進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時,幾乎必須采用以太網(wǎng)通訊;

        (3)傳輸速率高,傳輸距離遠(yuǎn),抗干擾性強(qiáng),尤其是當(dāng)采用光纖網(wǎng)絡(luò)時,傳輸距離可達(dá)到千米級別;

        (4)兼容性好,通過以太網(wǎng)通信,該系統(tǒng)可以直接并入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中,與其他控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊,把全線自動控制有機(jī)的結(jié)合為一體。

        4 方案實(shí)施的步驟與細(xì)節(jié)

        4.1 硬件的添加與硬件組態(tài)

        在S7-400燃控系統(tǒng)中添加西門子以太網(wǎng)卡CP443-1,在S7-300換向系統(tǒng)中添加西門子以太網(wǎng)卡CP343-1,硬件安裝完畢后,還要在STEP7中更改相應(yīng)的硬件組態(tài),編譯并下裝,CPU沒有報錯說明配置沒有問題,如有報錯,在CPU在線緩沖區(qū)中查看錯誤信息,并做相應(yīng)的處理.分別給兩個CP設(shè)置好各自的IP地址,注意,兩個IP地址必須在一個網(wǎng)段,例如:192.168.0.2與192.168.0.3。

        以上完成后,還要在PLC柜內(nèi)加裝一臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī),將燃控系統(tǒng),換向系統(tǒng),操作員站,工程師站,全部通過以太網(wǎng)線連接至此交換機(jī),到此硬件的安裝完成。

        4.2 建立兩個控制系統(tǒng)CPU之間的通訊

        打開STEP7軟件,進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)組態(tài),首先刪除之前MPI通訊協(xié)議的組態(tài)。鑒于兩個CPU之間的數(shù)據(jù)交換不是太多,可以采用單邊通訊的協(xié)議。所謂單邊通訊是指,在一方PLC創(chuàng)建新的S7連接,伙伴PLC不用創(chuàng)建連接,主動連接方在連接伙伴的數(shù)據(jù)塊內(nèi)進(jìn)行讀寫操作。由于400系列的PLC比300的性能要好,所以選用400的燃控系統(tǒng)CPU作為主動連接方。

        進(jìn)入NetPro進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài),選中S7-400的CPU,選擇Insert New Connection,插入一個新的連接,選擇CPU315-2 DP最為連接伙伴,連接方式為S7連接,然后設(shè)置S7連接的屬性,選擇單邊模式(One-Way),本地CPU最為Client,伙伴CPU作為Server, Client訪問Server。[1]

        如圖所示:S7-400的程序中利用單邊功能塊(GET,PUT)進(jìn)行單邊訪問,注意,兩邊的程序中都要預(yù)先新建好對應(yīng)的讀取DB塊,讀取要分開設(shè)置。

        這樣就能達(dá)成連個獨(dú)立控制系統(tǒng)間的通訊,把之前MPI通訊的數(shù)據(jù),放入通訊DB塊里,就能實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。

        4.3 操作員站PC機(jī)的設(shè)置與WINCC畫面的變量遷移

        由于原系統(tǒng)是通過MPI通訊,現(xiàn)在已經(jīng)改為以太網(wǎng)通訊模式,所以PC機(jī)側(cè)的設(shè)置需要作出相應(yīng)的修改,打開STEP7中的SET PG/PC接口,把原設(shè)置MPI通訊模式改為TCP/IP模式。PC機(jī)IP地址設(shè)置也應(yīng)在192.168.0.的網(wǎng)段。

        打開WINCC軟件,可以看到,原來變量組是在MPI連接下,所以需要變量遷移。在連接選項(xiàng)中選擇TCP/IP連接,然后新建驅(qū)動程序的連接,選擇本地PC為服務(wù)器,新的變量組創(chuàng)建成功。

        一般如果變量數(shù)量較少,種類不多的情況下,可以采用直接復(fù)制粘貼的方法,把MPI連接的變量直接復(fù)制到TCP/IP的變量下,但是相對于本項(xiàng)目來講,變量數(shù)多大2000多,直接復(fù)制粘貼的話,會出現(xiàn)以下未知的錯誤。所以建議采用WINCC專用的變量導(dǎo)出導(dǎo)入工具DataMonitor Client,把MPI連接中的變量導(dǎo)出為EXCEL模式,然后再導(dǎo)入到TCP/IP的連接中,這樣會避免后期WINCC畫面運(yùn)行出現(xiàn)一些莫名其妙的錯誤。

        DataMonitor Client變量導(dǎo)入導(dǎo)出示意圖:

        變量導(dǎo)入成功后,刪除MPI驅(qū)動連接,重啟WINCC程序,激活項(xiàng)目運(yùn)行,檢查是否正常。

        5 優(yōu)化后效果驗(yàn)證

        網(wǎng)絡(luò)改造完成后,加熱爐區(qū)域全部為以太網(wǎng)通訊模式,可以隨時在交換機(jī)上通過連接以太網(wǎng)線增加冗余的操作員站,可以把該電氣室交換機(jī)并入工廠網(wǎng)絡(luò),使工程師能遠(yuǎn)程監(jiān)控調(diào)試設(shè)備,排除設(shè)備故障;二級燃控模型服務(wù)器可以直接通過以太網(wǎng),讀取PLC內(nèi)部數(shù)據(jù),發(fā)送給PLC的執(zhí)行指令;

        以太網(wǎng)故障率低,維護(hù)簡單,備件采購渠道廣泛,出現(xiàn)問題,可以和其他區(qū)域的設(shè)備共用備件,減少備件庫存量。尤其對于生產(chǎn)而言,可以避免由于網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致加熱爐直接停爐待產(chǎn),對于減少燃燒消耗,提高經(jīng)濟(jì)效益有重大意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1]SIEMENS S7-Communication in S7-PLC 2009.04

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