宣鋼大型燒結機控制系統RIO網絡應用研究

【摘要】在宣鋼1#360 M2大型燒結機電控系統RIO網絡升級優化中，我們通過對網絡工作環境認知和階段性處理的研究應用、通過UNITY程序參數的精細設置改善硬件網絡適配性研究應用、通過網絡干擾的快速偵測技術的研究應用和遠程RIO網絡實施光纖總線自愈環形結構選型改造的研究應用，成功解決和排除了RIO網絡的干擾問題，使RIO網絡結構更趨合理，系統響應時間迅速，自動化運行率達到99.7%，為燒結礦的品質和產量提高打下了夯實的基礎。

【關鍵詞】RIO；燒結機；QUANTUM；PLC

概述

宣鋼1#、2#360m2燒結機的原料準備系統、破碎系統，整粒篩分系統為共用系統，均由一期自動化系統控制，360m2燒結機一期自控系統選型為法國施耐德公司的昆騰QUANTUM系列產品，網絡通訊協議為S908，使用的通訊介質為同軸電纜RG11和RG6型，一期自控系統投用使用以后曾多次出現網絡波動現象，在檢查后發現在原料變電和配料變電之間、配料變電至整粒變電之間的電纜距離過長，約合1400米，且所帶從站過多達到23個遠程RIO分站，PLC和電氣設備同處一個變電所，電氣設備和現場的干擾源電磁干擾強烈，極易造成網絡的不穩定。360m2二期燒結機投用后，各種電器設備比一期增加近一倍，僅配料變電室一二期變頻器總計為56臺套，低壓柜有30多面，電磁干擾強度大增，加劇了PLC控制柜通訊CRP和CRA模件雙網報錯的頻率。RIO通訊網絡故障頻發，是威脅生產穩定的最大隱患，一旦通訊中斷，將中斷整條燒結生產線，并影響下游1#和2#高爐正常穩定生產，造成巨大的經濟效益損失，只有將控制系統網絡盡快改造，才能保證360m2燒結機的正常生產。

一、改造前網絡狀況

原系統主CPU與遠程站RIO之間通訊協議采用S908，施耐德專有通訊協議，全程通過施耐德專用同軸電纜RG6和RG11型作為通訊介質，這兩種同軸電纜都是標準305米，而實際在360燒結機原料、配料、整粒、主控變電室之間距離都較遠，均在350-450M左右，且有大量的變頻器設備，干擾源較多，施工中間在站間用分支器對2截同軸電纜都做了接頭，更加大了通訊數值在同軸電纜的信號衰減。

二、RIO網絡外圍環境因素的不斷認知和階段性處理

我技術維護人員通過較長時期的對網絡外圍環境因素的不斷認知和排查處理，切斷外圍干擾源以保證自控系統的運行。

①為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，各個機柜接專用地線，并且接地點要與其它設備分開。同時，對所有遠程I/O控制機柜進行測試均小于1.5歐姆，符合要求，基本排除了因該問題導致網絡波動的可能性。

②施耐德要求整個網絡的衰減不能超過35 Db，為保證阻抗匹配我們在A＼B主干纜所有開放的分站和終端安裝使用了75Ω終端電阻。

③PLC自控系統最終目是實現對現場設備監視和控制，通過對開關量輸出，模擬量輸入/出信號進行逐一檢查，確保所有模擬量信號都經過信號隔離模塊進行信號凈化處理，所有開關量信號都經過繼電器進行有效隔離。

④根據當時網絡的具體現狀，特別針對波動最劇烈的整粒篩分部分，對整粒部分網絡連接更換新的分支器（MA-0185-100 B），并將原有整粒站內主網絡連接同軸電纜單層屏蔽RG6型，更換為雙層屏蔽RG11型，并將整個網絡進行街頭清掃、緊固、重新安裝等，更換過程中對原有小于2.5米的站間纜更換為大于3米延長RG11纜，以減小 RIO 分站適配器中產生誤差。

三、RIO網絡改造方案設計

本次網絡優化改造前，我方人員通過同施耐德總部技術人員交流，現場環境的重復勘測、確認，決定使用光纖作為傳輸介質代替原有的同軸電纜。先期通過搭建臨時光纖，組成了由主控控制室到整粒控制室的實驗光纖網絡，進行了4個方案的測試，最終決定實施光纖環網的網絡拓撲圖，將原有長距離（即站與站之間）的同軸電纜更換為光纖，通過光纖中繼器（490NRP95400），進行數據轉換，并在每個變電站的最后一個I/O分站后加裝終端電阻。將原總線傳輸結構，增加兩條新線路，即整粒變電站至主控控制室之間，更改為環形網絡傳輸結構，這樣即使中間某一個設備或線路出現故障，其他變電站依舊可以保證正常通訊。

四、UNITY軟件的配置和調試

A.使用 Unity Pro 進行配置和編程

Unity Pro IP網絡硬件配置參數添加應用于遠程RIO機架中的光纖中繼器（140490 NRP95400），設置勾選 RSTP 項，默認值為0，需要修改設置值為4096，它便可響應帶有冗余接線的網絡，以便在發生通訊中斷（例如，電纜斷損或設備無法操作）時，遠程 I/O 通訊能夠自動找到備用路徑。此方法不需要您手動啟用或禁用通訊路徑。在熱備系統中， RSTP 橋接器優先級適用于A網。如果隨意更改此參數可能會影響子環路診斷、I/O 確定性和A/B網絡切換恢復時間。

B.S908總線的自啟動

加載光纖中繼器（140490NRP95400）后，當CPU啟動或者停止循環掃描時，S908協議有時會有不啟動現象，表現為偵測不到全部遠程RIO或者部分RIO站可被掃描運行。解決此問題還需要作如下改動：在程序MAST任務中對S908控制字輸出第9字第2位在CPU啟動的初100毫秒進行復位0，100毫秒后置位為1。

五、網絡干擾的快速偵測技術

A.在熱備系統程序中我們通過診斷 140 CRP932 00 模塊 DDT 中的 REDUNDANCY_STATUS位來監控遠程 I/O主環路中的中斷，并做趨勢記錄，系統會檢測到至少持續了3 以上的主環路電纜斷開并在此位中報告。在 REDUNDANCY_STATUS 位中：0：電纜斷開或設備已停止；1：回路存在且運行正常。

B.顯式和隱式消息傳送：140 CRP 932 00模塊會使用通過各個光纖中繼器（140490 NRP95400）的顯式消息從網絡上的140 CRA 932 00模塊或設備獲取診斷信息。此診斷信息會記錄于C盤log文件，用于施耐德工程師的研判診斷，顯式消息會尋址到DRS以獲取和顯示診斷信息。

六、總結

宣鋼1#360 M2大型燒結機電控系統改造優化完成至今，自動化運行率達到99.7%，使宣鋼大型燒結機穩定運行，實現宣鋼設備大型化、集約化，為燒結礦的品質和產量提高打下了夯實的基礎。