牟萬(wàn)勤

（甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 系統(tǒng)介紹

酒鋼七空壓站各有三套阿特拉斯空壓機(jī)作為公輔系統(tǒng)為各工序提供壓縮空氣，機(jī)組的可靠性較高。用戶通過(guò)控制器上的液晶面板，可以監(jiān)視空壓機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，并完成啟動(dòng)、停機(jī)、加載、卸載等操作。阿特拉斯空壓組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖1 所示。

圖1 阿特拉斯空壓組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由Elektronikon 智能控制器、連接電纜組成。

2 改造方案的確定與問(wèn)題解決方法

2.1 問(wèn)題的提出

七空壓站最初設(shè)計(jì)時(shí)由于前期設(shè)計(jì)與溝通問(wèn)題，導(dǎo)致空壓機(jī)控制沒有納入到PLC 控制系統(tǒng)里，用戶只能通過(guò)控制器上的液晶面板來(lái)監(jiān)視空壓機(jī)的各項(xiàng)重要參數(shù)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停機(jī)、加載、卸載等操作。在人員進(jìn)行優(yōu)化后，崗位人員缺少，增加了運(yùn)行人員的工作量，空壓機(jī)機(jī)組運(yùn)行的安全性也得不到保障。以上原因的客觀存在，使得空壓機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程上位機(jī)的監(jiān)控操作，更無(wú)法根據(jù)壓縮空氣總管壓力完成自動(dòng)啟停、加卸、載過(guò)程，從而大大降低了工廠的自動(dòng)化水平，勞動(dòng)生產(chǎn)率很低。

2.2 問(wèn)題的分析及解決思路

要想實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)遠(yuǎn)程集中監(jiān)視與控制，如果通過(guò)重新敷設(shè)電纜將空壓機(jī)各參數(shù)接入PLC 系統(tǒng)，工期長(zhǎng)且成本較高。經(jīng)過(guò)分析研究認(rèn)為，空壓機(jī)的運(yùn)行參數(shù)可以考慮采用已有的CAN 接口進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)后，經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器Combox-S 輸出端RS 485 接口接入PLC，AB 系列PLC 也提供相應(yīng)接口模板支持，技術(shù)比較成熟；而空壓機(jī)及附屬設(shè)備的控制通過(guò)干接點(diǎn)接入PLC 來(lái)完成，這樣的結(jié)構(gòu)配置可以將現(xiàn)場(chǎng)的所有數(shù)據(jù)先全部送入PLC 系統(tǒng)，最后通過(guò)PLC 處理器集中進(jìn)行采集，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多套監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控。但是AB 系列PLC 的接口模板價(jià)格昂貴，其參數(shù)配置復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)不便。

最后經(jīng)過(guò)技術(shù)咨詢和論證，認(rèn)為直接采用施耐德公司以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)Link150 和阿特拉斯協(xié)議轉(zhuǎn)換器Combox-S 將RS 485 轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)通訊，最終將空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)送入上位機(jī)，空壓機(jī)的控制和附屬設(shè)備控制則通過(guò)PLC 控制系統(tǒng)和上位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此方案比第一種方案更適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)的檢修維護(hù)，避免了因控制系統(tǒng)故障造成空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)無(wú)法監(jiān)視問(wèn)題。

空壓機(jī)智能控制器自帶CAN 接口，所有和第三方設(shè)備進(jìn)行通訊的工作，均由支持CAN 總線的網(wǎng)關(guān)完成。我們將1～3 號(hào)空壓機(jī)依次并接后，3 號(hào)控制器出線接入網(wǎng)關(guān)，這樣3 臺(tái)控制器和網(wǎng)關(guān)組成了一個(gè)CAN 總線網(wǎng)絡(luò)。如果將來(lái)還有擴(kuò)展，那么擴(kuò)展的控制器可以繼續(xù)往這條總線上接。網(wǎng)關(guān)上CAN 接口還可作為管理口，對(duì)總線上各設(shè)備的通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)方式等。作為通訊媒介，CAN 總線和第三方設(shè)備進(jìn)行通訊，通訊協(xié)議為Modbus，必須選擇阿特拉斯提供Combox-S 模塊，架起通訊橋梁。

以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)Link 150 是一種可在以太網(wǎng)(Modbus TCP/IP)和Modbus 串行線路設(shè)備之間提供連接，從而使Modbus TCP/IP 客戶端能夠訪問(wèn)串行從站設(shè)備信息的設(shè)備,它還允許串行主站設(shè)備訪問(wèn)來(lái)自于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上所分布的從站設(shè)備的信息。現(xiàn)場(chǎng)通訊方式由RS 485 轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)后，與AB 系列ControlLogix 5000 PLC 控制系統(tǒng)通訊一起接入交換機(jī)，最終可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多套監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控。改造后系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖2 所示。

圖2 改造后監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

這樣的結(jié)構(gòu)配置可以將現(xiàn)場(chǎng)空壓機(jī)的所有運(yùn)行數(shù)據(jù)先通過(guò)RS 485 采集后，由Link 150 轉(zhuǎn)換后全部送入交換機(jī)系統(tǒng)，交換機(jī)系統(tǒng)將來(lái)自PLC 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和Link 150 數(shù)據(jù)，通過(guò)光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，最終實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)視與控制。

3 硬件設(shè)計(jì)與軟件編程

3.1 PLC 硬件選型

在控制系統(tǒng)選型時(shí)考慮到由于廠區(qū)多數(shù)控制系統(tǒng)為羅克韋爾公司ControlLogix 系列PLC，在配件儲(chǔ)存和維護(hù)方面有很大的便利性，控制器具有極強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，通過(guò)強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)作用的背板可以連接AB 控制器的所有網(wǎng)絡(luò)；其尺寸小巧，可帶電熱插板模塊，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與維護(hù)最終確定選擇Control-Logix 5000 1756 系列PLC。硬件選型列表見表1。

表1 硬件選型

3.2 PLC 控制程序編程

七空壓站主要控制設(shè)備有空壓機(jī)、水泵、電動(dòng)閥門、干燥器以及模擬量監(jiān)測(cè)，所有編程使用梯形圖和功能塊圖實(shí)現(xiàn)邏輯控制，編程后以上設(shè)備都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，壓縮空氣總管壓力調(diào)節(jié)完成自動(dòng)啟停、加卸、載過(guò)程。

4 Link150 與ComBox-S 網(wǎng)絡(luò)配置

4.1 Link 150 網(wǎng)絡(luò)配置

在IE 瀏覽器輸入IP 地址進(jìn)入Link 150 設(shè)置頁(yè)面，對(duì)Link 150 進(jìn)行IP 地址分配，選擇分配IPv 4參數(shù)集的模式,用IPv 4 或BOOTP 自動(dòng)獲取DHCP參數(shù),其地址與羅克韋爾ControlLogix 5000 PLC 處理器地址必須在同一網(wǎng)段。

在對(duì)各空壓機(jī)設(shè)備地址分配時(shí)，必須考慮阿特拉斯空壓機(jī)智能控制器Elektronikon 分配的節(jié)點(diǎn)地址保持一致，否則通訊連接時(shí)無(wú)法正常通訊，配置如圖3 所示。

圖3 節(jié)點(diǎn)地址分配

串行端口配置，原有的阿特拉斯控制器配置波特率19200 bps 修改為9600 bps,通訊穩(wěn)定性得到提升，以前由于在Combox-S 模塊在通訊速率設(shè)置過(guò)高，造成現(xiàn)場(chǎng)通訊閃斷，配置如圖4 所示。

圖4 通訊速率設(shè)置

4.2 ComBox-S 模塊配置

由于ComBox-S 模塊的參數(shù)設(shè)置需要廠家專用的應(yīng)用軟件，在采購(gòu)ComBox-S 模塊時(shí)已經(jīng)與廠家溝通，對(duì)其相關(guān)配置進(jìn)行下載安裝。

5 監(jiān)控系統(tǒng)IFIX 的組態(tài)

上位監(jiān)控系統(tǒng)IFIX 的組態(tài)包括了MBE 通訊協(xié)議配置、數(shù)據(jù)庫(kù)配置、系統(tǒng)測(cè)試等。安裝Modicon Modbus I/O Server 通訊協(xié)議軟件，在IFIX 工作臺(tái)中添加MBE 通訊協(xié)議配置，并進(jìn)行相關(guān)組態(tài)與配置。在MBE 組態(tài)界面中填寫IP 地址（Link 150 網(wǎng)關(guān)中設(shè)定IP）以及其它參數(shù)如圖5 所示。

圖5 Link 150 網(wǎng)關(guān)設(shè)置

最后增加IFIX 數(shù)據(jù)庫(kù)，在MBE 驅(qū)動(dòng)軟件中對(duì)各個(gè)監(jiān)控量的地址通道進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)配置，原始地址需要向廠家咨詢獲取，之后在上位監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備操控正常。

6 結(jié)束語(yǔ)

由于此次前期改造調(diào)試工作在本地進(jìn)行，在對(duì)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)Link 150 與監(jiān)控系統(tǒng)連接是沒有通過(guò)交換機(jī)，導(dǎo)致Link 150 數(shù)據(jù)始終無(wú)法正常通訊，最后將交換機(jī)接入控制網(wǎng)絡(luò)后通訊恢復(fù)正常。

系統(tǒng)通訊方式經(jīng)過(guò)改造后，完整地實(shí)現(xiàn)了Rockwell PLC 和Link 150 協(xié)議轉(zhuǎn)換器和空壓機(jī)智能控制器之間的數(shù)據(jù)交換與控制，通訊穩(wěn)定可靠。對(duì)空壓機(jī)的控制功能進(jìn)一步更改與完善，最終實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制，另外系統(tǒng)增加了報(bào)警功能，如果空壓機(jī)組出現(xiàn)異常，可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員進(jìn)行處理，機(jī)組控制的安全性進(jìn)一步提升。該系統(tǒng)改造方式在空壓機(jī)參數(shù)上傳方面繞過(guò)了PLC 系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)備，既節(jié)約成本，又降低了系統(tǒng)潛在的故障率。

該項(xiàng)目成功實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控操作，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，在類似的采用單臺(tái)或多臺(tái)阿特拉斯空壓機(jī)系統(tǒng)上可以推廣使用，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常明顯，也為其他的Modbus 通訊提供了范例。