網絡技術在銅帶軋機電氣控制中的應用

張 琳

(中鋁上海銅業有限公司,上海 200940)

0 前 言

某國有銅加工企業,主要生產銅及銅合金板帶、壓延銅箔.產品主要應用在信息技術制造業,比如印刷電路板的框架材料.由于部分設備為上世紀90年代進口,所以目前性能趨于老化,尤其是電氣控制部分,這給設備維護帶來了較大困難,也直接影響了產品性能及產量.鑒于此,公司邀請北京ABB工程技術公司對十二輥可逆式冷軋機進行了傳動與控制部分的電氣改造.改造后,軋機維護方便,生產能力提高.網絡技術的應用,正是這次成功改造的基礎,給后續設備的改造提供了范例.

1 設 備

十二輥可逆式冷軋機是1992年全套引進德國弗洛林公司的設備,主要軋制黃銅及紫銅帶卷產品.成品寬度為300～660 mm,厚度為0.05～1.20 mm,最高軋制速度為600 m/s.

電氣控制系統由傳動控制、過程控制、厚度控制和軋制油循環冷卻控制四部分組成.每個部分各有一套或多套PLC控制系統組成.本次改造就是針對傳動控制和過程控制的技術升級.下文所闡述的電氣控制系統均指這兩套系統.

2 網絡架構

圖1(a)是軋機改造前的電氣控制系統結構.過程控制系統由兩套ABB DP800系統與一套ABB研發的卷取計算系統(MKS)組成.傳動系統的五臺直流電動機各由一套ABB PAE系統控制.厚度控制系統(AGC)與軋制油循環冷卻系統(Filter)各由一套西門子S5系統控制.所有子系統之間均采用掛中間繼電器的硬接線形式進行聯接.從圖1中可以看到,整個系統的線路是非常復雜的.這給設備維護人員排查故障帶來很大的不便,直接影響設備的產能.

圖1(b)是軋機改造后的電氣控制系統結構.改造后的新一代PLC控制器AC800M,并由此組建了一個工業控制以太網絡.圖中實線部分是由各控制器、工程師站和過程操作面板之間通過以太網連接起來的工業網絡.傳動部分由PLC直接控制直流調速裝置DCS600組成.虛線部分就是由PLC、DCS600通過光纖分配器NDBU-95組成的一個光纖傳動網絡.整個系統結構流程清晰,易于操作、便于維護.

圖1 電氣控制系統結構Fig.1 The electrical control system

3 網絡通訊協議的介紹與應用

3.1 MMS協議

3.1.1 MMS協議簡介

MMS制造報文規范是一個ISO9506標準,表示不同的網絡類型和連接設備都可以用相同的處理方式進行通信.協議定義了控制器(如PLC)之間、工程站點與控制器之間的通信信息的傳輸.它的開發主要應用于工業,如工業過程控制、工業機器人等領域.

MMS標準即ISO/IEC9506,由ISO TC184和IEHC共同負責管理.ISO9506由多個部分組成,其中ISO/IEC 9506-1、ISO/IEC 9506-2是基本標準.除了基本標準之外,還有可用于專門領域的配套標準[2],如：ISO/IEC 9506-3,適用于工業機器人;ISO/IEC 9506-4,適用于工業數字控制;ISO/IEC 9506-5,適用于可編程控制器;ISO/IEC 9506-6,適用于工業過程控制.

3.1.2 MMS服務

MMS應用在七層協議的應用層.其服務包括如下方面:

(1)下載應用程序,比如從工程站點下載到PLC;

(2)在網絡內建立、刪除、運行和停止程序;

(3)在網絡內設置不同的系統讀寫變量;

(4)在遠程系統里獲取關于應用執行的信息以及故障信息;

(5)網絡內的文檔讀寫;

(6)處理報警信息;

(7)獲取遠程系統的相關信息,比如系統版本、模式.

總之,MMS服務在工程站點、OPC服務器、控制器之間的作用類似一個多路轉換器[1].

3.1.3 配置

控制網絡通過工程站點項目瀏覽器進行配置.在當前的項目瀏覽器里設置通信端口.關于控制器的配置,還有一個冗余網絡的使用,根據協議Redundant Network Routing Protocol (RNRP)進行連接.

3.1.4 示例

結合本臺軋機的應用,來了解一下MMS在控制網絡中的一個應用.本例是將PLC_1里的控制變量Y11_word_01傳送給PLC_2.

圖2為兩個支持控制器PLC_1、PLC_2,各自應用中的程序通過MMS傳遞信息.

圖2 通訊鏈路示例圖Fig.2 The diagram of the communication links

(1)控制器以太網端口設置

在項目瀏覽器里打開硬件樹,在里找到要設置的控制器.打開,在處理器單元里對進行設置.主要是設置控制器的IP地址和子網掩碼.PLC_1的IP設為172.16.0.1,子網掩碼為255.255.252.0.PLC_2的IP設為172.16.0.2,子網掩碼為255.255.252.0.

(2)變量在中的定義

主要是標識變量Y11_word_01的源路徑.定義變量的數據類型和屬性.

通過以上兩步,一個名為Y11_word_01的變量,已經可以發送到網絡上,等待被另一個控制器讀取.

(3)PLC_2讀取變量

在PLC_2里定義部分變量.主要為變量Id,數據類型Comm_Channel_MMS;變量Partner,定義發送變量的源地址,此處即為PLC_1的IP地址172.16.0.1;變量VariableName01,定義接收的變量名,此例為Y11_word_01.變量Rd01,定義所要接收變量的數據類型.

定義完變量,在PLC_2的程序中使用功能塊MMSConnect和MMSReadCyc，即可實現對變量Y11_word_01的讀取.

3.2 DriveBus協議

3.2.1 簡介

ABB公司推出的DriveBus協議主要應用在ABB的傳動設備、特殊I/O單元與一個連接有CI858通信接口模塊的AC800M控制器之間的通訊網絡上.可以使這些單元循環地同時進行一組數據(輸入/輸出)的交換.

DriveBus通信協議應用在組合傳動上.它支持DDCS(Distributed Drives Communication System)協議;支持CI858通信接口單元;采用抗干擾性能好、能拓展網絡物理距離的光纖作為傳輸介質.

3.2.2 服務

協議的服務主要涉及傳動與控制器之間的數據通信;傳動單元輸入/輸出端口的數據循環交換(以組的形式產生);特殊I/O單元的數據循環交換.

3.2.3 特點

DriveBus協議有如下特點:

(1)支持不同類型的傳動裝置和特殊I/O單元.例如:直流調速系統DCS400、DCS500、DCS600,交流變頻系統ACS400、ACS600、ACS800、ACS1000;

(2)傳動裝置內部時間與日歷同步.方便記錄歷史事件;

(3)使用AC800M方便地對傳動或特殊I/O單元進行設置;

(4)自診斷功能.當進行了錯誤的設置,系統會有提示,提醒操作者;

(5)不需要外加適配器.

3.2.4 配置

以本臺軋機為例,要實現控制器與傳動之間的通信需要進行如下設置.

對于傳動DCS600來說:

(1)使用專用傳動軟件設置;

(2)定義參數組(90…93)的參數(僅對需要的變量).

對于控制器來說:

(1)在硬件組中添加傳動單元;

(2)定義參數;

(3)連接變量;

(4)下載程序到控制器(AC800M).

3.2.5 示例

用開卷機點動操作,來說明控制器PLC_1與調速器DCS600的通訊連接.

(1)對DCS600的設置

利用DriveWindow軟件對DCS600進行相關設置.軟件中規定了參數08.01是調速器主狀態字,參數07.01是對調速器的主控制字.根據示例任務,給DCS600的主狀態字定義一個數據組Dataset.比如定義參數組92中,第一個參數92.01賦予主狀態字參數08.01.對參數組90的第一個參數90.01賦予主控制字參數07.01.

(2)對控制器AC800M的設置

在項目瀏覽器里打開硬件樹,在里找到要設置的控制器.打開,在模塊內的下新建傳動單元.設置它的一些主要參數,比如傳動單元類型,數據組優先級.

在程序里聲明兩個變量,分別賦予主狀態字和主控制字的值.程序里變量D21G11_MAIN_STATUS_WORD賦主狀態字值,即參數08.01值,變量D21G11_MAIN_CTRL_WORD賦主控制字值,即參數07.01值.

至此,將程序下載到控制器中,DriveBus通信將自動建立.圖3是信息流程圖.

圖3 通信數據流Fig.3 The data flow

AC800M為可編程邏輯控制器;CI為CI858通訊模塊;PP245為過程控制面板;NDBU_95為光纖分配器;DCS600為直流調速系統.值得一提的是每個連接到CI858接口的傳動單元,都可以定義8對輸入/輸出數據組.最大傳輸率達到8對數據組/ms.

4 結束語

通過對MMS和DriveBus兩個通信協議在銅帶軋機改造中的應用介紹,有理由相信,網絡技術應用在生產實踐上可帶來效率的提高和效益的增加.

參考文獻:

[1] 任雁銘,操豐梅,秦立軍,等.MMS技術及其在電力系統通信協議中的應用研究[J].電力系統自動化,2000(19):66-69.