PROFIBUS-DP在高炉自动控制系统中的应用

1　概述
随着网络技术的发展,现场总线技术不断在信钢450m3、600m3 高炉自动控制系统中使用,它使用一类传输介质将分散的现场设备连接到中央控制或管理系统。
我公司600m3 高炉自动控制系统中,由槽下上料系统、高炉本体、热风、布袋四个站点组成,炉顶配有意大利产绝对型旋转编码器。该套系统电器设计分部区域广、阀门多、煤气区域易燃易爆的特点不容忽视,在此采用数字量、模拟量、即输入输出点进入站点模块,通过一根总线传入主控室PLC,以此来控制各阀门及电机动作,该套系统采用德国西门子400PLC系统和PROF IBUS - DP工业现场总线技术,实现了高炉自动化控制。
2　PROFIBUS - DP总线通信原理及系统组成
PROF IBUS由三个部分组成即PROF IBUS -DP (分布式外围设备) 、PROF IBUS - PA (过程自动化) 、PROFIBUS - FMS (现场总线报文规范) 。
600m3 高炉采用PROF IBUS - DP是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROF IBUS - DP可取代24VDC或4 ～20mA信号传输。它定义了第一层为物理层,第二层为数据链路层提供总线存取控制和保证数据的可靠性。其用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,这为系统兼容提供了便利,便于调试和维护。

在600m3 高炉控制系统中, PROF IBUS - DP采用的是单独供电的总线设备,每站点有自己的稳压电源,如果网络节点电源不稳,通信若隐若现甚至彻底消失时,系统会启动旁路功能以避免对其他接点的影响。炉顶槽下、热风、布袋及高炉本体以站点形式挂在总线上,信号通过总线传送到主控室的PLC,每台总线设备必须有一个唯一的网络地址和物理设备位号,当有站点出现故障时,通过主控室PLC可以诊断出具体站点,实现对各站点的检测。

3　600m3 高炉系统软件硬件的组成
系统硬件:
( 1 ) 集成了DP 接口的西门子400PLC(CPU414 - 2DP) 。
(2)两台西门子OSM交换机用于各站点之间的数据通信。
(3)插有工业以太网卡的(CP1613 通讯卡)的计算机。
(4) ET200M的主站模块。
(5) 数字量模拟量输入输出模块(D I/DO,AI/AO) 。
(6)工作站6台研华工控机。
系统软件配置:
(1) 在这套系统中, 控制基本上由集中的PLC完成。在PLC软件控制中要对外部的总线结构进行硬件组态,让系统识别总线结构,各站点有自己的逻辑地址,分别挂在哪条总线上,采用的总线协议方式及速率、产品类型等进行具体组态设置。PLC程序在上位机的编程工具STEP7V5. 3中组态后进行编译,编译通过后下载到CPU414 -2DP,并存储其中, CPU414可自动运行该程序,根据程序内容读取总线上的所有I/O 模块的状态字,控制硬件设备。
(2 ) 上位机监控软件为西门子公司的Wincc610,它基于W indows的对象链接和嵌入,部件对象模型和分布式部件对象模型技术,并创建一开放式接口,具有良好的图形界面和人机交互性,系统在成熟的Windows2000下运行。
利用总线在监控画面中实现功能如下:
(1)控制操作
在控制室能对被控设备进行在线实时控制,如启停阀门设备,调节上料种类,设定物料重量等。并能够在现场限位开关或雷达料位计等发生故障时,模拟到位信号,使上料正常进行,在线设
定PLC的某些参数。上位机是总线上的一个站点,与PLC进行实时通信。
(2)显示功能
在画面中通过编程实现模拟显示整个高炉系统各阀门实际动作状况,以及现场的仪表温度、压力、重量、状态参数等。各阀门位置指示用不同颜色指示开到位、关到位、正在开或关等。
(3)数据管理
依据不同的运行参数的变化和重要程度,建立生产历史数据库,存储生产原始数据,供统计分析使用。如料批记忆可记录每批料实际的料种、料重、上料时间等。可从中得出一些有用的经验参数,改进工艺,使生产效益越来越好。
(4)报警功能
可根据不同的需要发出不同等级的报警,通过画面闪烁报警,并用文字提示,对快速确认故障,排除故障起到很好的作用。利用总线模块诊断功能,可直观的看到现场站点故障报警状态。
4　总线诊断方式
在高炉自动化系统中,即使一个站点一旦出现故障也将严重影响上料,造成减风、休风,因此快速诊断故障尤为重要。利用0B块把CPU中的硬件信息读出来,如OB86为机架故障组织块,当扩展机架、DP主站系统、分布式I/O中从站故障时, CPU的操作系统调用OB86。在OB86组织块中编写程序,把CPU中的故障代码读出放入数据库中,根据数据库中的代码意义,可诊断出总线上站点故障。
5　结束语
在高炉自动化系统中,生产条件特别复杂,设备区域分布多,造成电气自动控制系统故障率高,
维护量大的缺点。而该网在本项目的运用中避免了大量点对点的电缆敷设,降低了线路敷设的难度和施工的复杂性,其实时性远远高于其它局域网,因而特别适用于工业现场。