自動控制系統網絡信息化集成實踐

河鋼宣鋼檢修公司 胡曉寧

自動控制系統網絡信息化集成實踐

河鋼宣鋼檢修公司 胡曉寧

原料場控制系統網絡化,降低了設備維護需要付出的勞動量。控制系統的網絡化集成,符合當今世界信息化的潮流和方向,為更高和更深層次的應用提供了平臺。本文詳細敘述將上述設備聯進一個網絡,建成一個兼容性的綜合控制網。工業控制系統是企業信息化系統的最底層數據源。

ProfiBus;網橋;堆取料機;無線網橋

1 系統概述

宣鋼原料場項目分為場內和場外兩部分。兩部分各自獨立。在全國范圍內,宣鋼原料場屬于大型冶金原料場之一。主系統擁有8個大型CPU、231個遠程站(含30個柜內站)、5306個控制點、12臺VIS操作站。輔助系統有:15個圓盤的主配料系統、5條拖料皮帶的雜礦配料系統、6臺大型機械的堆取料機系統和復雜的翻車機系統,共計6個獨立分散的大中型控制系統(小型PLC不在統計之列)。我公司原料場系統實際情況是主控制、主配料、外供3個系統為ABB公司;堆取料機和雜礦配料系統為西門子公司;遍布全場的遠程站屬于圖爾克公司;UPS屬于GE公司;料位屬于西班牙尤梯爾公司。各個公司的系統互不連通。各個系統間的差別也很大,有DCS系統、PLC系統、單片機系統。

2 功能設計與技術方案

控制系統的信息化集成,首先得統一規劃將要建設的網絡、確定網絡接入的標準;包括施工、硬件、協議、接口、軟件技術等等。

經過研究分析,首先必須整合網絡;其次依靠現場總線技術、OPC技術和網絡通訊去解決數據采集的問題,通過分布式處理達到各個系統既獨立又融合。使用工業級無線通訊技術,聯通了堆取料系統,實現遠程管理。將雜礦系統通過ProfiBus現場總線接入了主控系統,實現了ABB系統對西門子BW500單片機儀表的遠程全模式操作和系統間數據交換。將配料系統改造為ABB系統,利用UDP協議在不同項目間傳輸數據,實現系統間連鎖和遠程管理。

2.1 大型移動機械設備無線網絡技術研究和開發

原料場內部現有2臺堆取料機、2臺取料機、1臺堆料機,該5臺大型設備是原料場堆、取料的核心設備。這5臺設備安裝在地面鋼軌上,堆取料作業中始終處于行走狀態。在堆取料操作時,需要和地面皮帶一起連鎖工作,否則就會出現積料事故。傳統使用電纜通訊方式造價高、故障率高、不易維護,所以數據傳輸采用無線方式。

2.1.1 無線網橋技術應用

首先通過專用串口線連接SRM6310E無線網橋的Console口。設定SRM6310E的工作模式為:點到多點模式(Point to MultiPoint)。點到多點工作模式中網橋設備分為Master主站和Slave從站兩種。

所有要通訊的遠程無線網橋統一設定在一個頻率鍵上,例如選擇5.頻率鍵是一組跳躍序列的代號,這個跳躍序列采用了16個頻點。依照一個內部協議在一秒之內隨機、同步、跳躍頻率進行通訊;這種來源于軍事無線通訊的技術抗干擾和保密性非常的強。正是因為這種技術的應用,實現了可靠穩定的無線鏈路。

2.1.2 無線網橋調試

必須合理利用無線帶寬,因為網橋只有182Kbps的速率。通過反復試驗,多點模式一對四是通訊的上限,否則會經常出現延時過長的情況。一對四,基本延時在400ms,偶爾也有800ms的情況但是可以容忍;點對點延時在45ms。這個參數可以作為實際工程中以太網絡延時參數。一般對時間不敏感的系統可以放大些,對系統穩定有好處。

2.1.3 使用Wires hark 網絡包分析工具處理無線網絡故障

網橋在現場應用會出現幾種情況:延時過長、超時、網絡擁塞。處理這三種情況一是使用Ping命令,二是使用包分析軟件Wires hark。在實際工程應用中,一是要設置看門狗程序,及時發現通訊中斷的情況,作出相應的處理和報警,避免事故的發生;二是利用MAC地址過濾技術,保障無線側有足夠的通訊帶寬。

2.2 ABB系統與西門子BW500儀表實現ProfiBus總線硬線-通訊雙模式控制和SAP全模式通訊

西門子BW500儀表控制的5臺拖料秤。BW500儀表稱重儀表,可以獨立實現各種配料控制,通過選擇不同的SmartLinx通訊板卡,可以擴展實現多種現場總線的互操作。

2.2.1 現場總線連接分散儀表

首先安裝了支持PROFIBUS協議的SmartLinx通訊子板,根據3#電氣室的ProfiBus網絡地址分配情況,設置了硬件通訊地址。將3#電氣室DP總線連接5臺儀表的通訊端口。

2.2.2 雙模式控制程序編制

通過編程實現了BW500儀表硬線和DP雙模式遠程控制。使用了DP_lose這個變量控制數據源和處理。通過編程實現的Single Parameter Access (SPA)訪問模式,可以在上位機訪問儀表內所有參數。如:該儀表運行模式是遠程、自動、和DP控制。

2.3 采用UDP協議技術在ABB不同項目之間進行數據交換

2.3.1 安裝虛擬硬件,設置通訊參數

通過編程采用UDP協議,使不同項目ABB系統之間通訊做詳細解析。首先在硬件結構內組態以太網模塊EI801F;增加兩個UDP收發虛擬硬件。發送硬件標簽名為Peiliao_Send;接收硬件標簽名為Peiliao_ Read;選擇發送協議為UDP;目標地址為另一個項目中的CPU。在自己的TCP/IP端口和遠程的TCP/IP端口分別填入大于20000+端口號。

2.3.2 開發通訊程序,實現數據交換

在編程中組態程序參數。發送模塊對應發送虛擬硬件,接口名稱填寫發送模件的標簽名Peiliao_Send,遠程接收ID為遠程端口號。硬件的標簽名為Room3_Read。在編程中使用接收功能塊,并且定義功能塊參數。接口名稱為Room3_Read;與硬件設置相互對應。程序編寫完畢后發送端和接收端數據要嚴格一致。ABB系統項目采用全局數據庫(西門子為局部數據庫)。UDP通訊的意義在于,不同項目間數據傳輸。根據UDP協議原理,可以進行不同廠家的系統通訊。

2.4 兩級網絡重要診斷信息上位機顯示

經過長期的維護工作研究和分析:無論是上位機網絡還是過程控制網絡中斷,對控制系統影響是非常大的;數目眾多的遠程站通訊問題也會產生局部影響。通過改造將遠程站丟失、DP光纖鏈路器故障、赫斯曼交換機故障的報警信息通過上位機顯示出來。將圖爾克遠程站診斷字節拆分,通過編程進行顯示和報警。

3 結束語

通過該項目實施和改造,使一個面積分布廣大,系統廠家眾多,控制復雜的冶金原料場控制系統,實現了整體融合。原料場控制系統網絡化,降低了設備維護需要付出的勞動量。控制系統的網絡化集成,符合當今世界信息化的潮流和方向,為更高和更深層次的應用提供了平臺。

[1]彭澎。計算機網絡實用教程[M]。北京:電子工業出版社,2002.

[2]嚴蔚敏,吳偉民。數據結構[M]。北京:清華大學出版社,1985.

[3]楊德元。計算機軟件技術基礎[M]。北京:高等教育出版社,1988.