控制网

一、厂况简介

    安钢第一炼轧厂高速线材连轧机组采用国内外先进技术与装备，原料采用热装热送工艺，加热炉为引进日本中外炉关键燃烧装置的步进梁式加热炉，具有加热质量好，成本低的特点。全车间共有30架轧机，其中粗、中轧平-立交替14架，45度预精轧4架，精轧机8架，减定径机8架，设计最大速度140m/s，最大轧制速度120m/s，保证轧制速度为112m/s，全线设6个活套，3 台飞剪和在线自动测径装置，产品公差±0.10mm；全线采用控制轧制和控制冷却新工艺，有五套控冷水箱，大风量强冷式延迟型散卷保温罩进行低温轧制强制冷却，实现索氏体处理，又可实现缓慢冷却。设计能力的40万t／年，主要产品为光面盘条线材：Φ5.5～Φ20mm，螺纹带肋线材：Φ6.0～Φ16mm。生产钢种有：碳素结构钢、优量碳素结构钢、中高碳钢、合金结构钢等8个钢种。

二、过程自动化网络系统构成

    该系统配置5台SIEMENS公司的S7-400系列PLC，设有3个操作站，加热炉区、轧机区、精整区各1个，另外还在主电室设有工程师站。每个站均配有SIEMENS公司的 PIII工控机，操作面板采用SIEMENS公司的PMU，各站操作系统为中文WindowsNT4．0，监控画面采用美国Intellution公司的FIXDMACS软件编制。现场的润滑、液压系统以及轧线各区域配有59台ET200M，主传动采用SIEMENS公司的6RA70系列产品，交流辅传动采用SIEMENS公司的6SE70系列产品，每套传动装置均配有一块CBP通信模板，用作6RA70和6SE70调速装置与PROFIBUS-DP相连的接口板。操作站、工程师站、PLC之间的通信采用工业以太网，通信介质采用同轴电缆，PROFIBUS-DP主要完成PLC与6RA70、6SE70、WINCC以及远程ET200M之间的数据信息通信功能，PROFIBUS-DP的通信介质采用工业屏蔽双绞线。这条轧线配备了水平较高的电气自动化控制系统，其网络系统配置如图1所示：

                          图1  过程自动化网络系统图1

三、过程自动化网络系统的特点

自动化系统通讯网络分为三层：

    (1) 人机接口与服务器之间、PLC与PLC之间、PLC与服务器之间联成一种总线型局部网络以态网，采用TCP／IP协议实现相互之间的大量信息交换。以态网的性能指标介于远程网和多处理器之间，它主要用于办工自动化，分布式数据处理，终端访问以及其它高速、突发式信息交换系统，通过以态网，把轧制工艺参数设定值和对电气设备的操作从人机接口传送到PLC，把各设备的状态和工艺、电气参数及故障由PLC收集送到人机接口的CRT显示。即以态网主要进行信息传送量大的数据通讯。其主要特点如下：

    ●数据传输率：    可达10Mbps
    ●网上工作站数：    最多1024个
    ●传输介质：    光缆
    ●拓朴结构：    总线
    ●信息协议：    帧的大小可变，64至1518Byte

    (2)各PIC的CPU之间联成MPI网，实现CPU之间的少量快速的信息交换。MPI网为多点接口通讯，其通讯口集成在CPU上，可同时连接编程器和PC机(例HM工)，联网的CPU可以利用全局数据服务(GD)周期性地相互进行数据交换(每个程序周期允许16个GD包，每包可达64字节)，CPU的MPI是直接与S7的K总线相连。

MPI的基本数据如下：

    ●数据传输速率：187．5Kbps,
    ●网上工作站数：最多32个；
    ●传输介质：    双绞屏蔽电缆；
    ●传输距离：    50m不带中继器；1100m带2个中继器，9100m带10个中继器。

    (3)PROFIBUS-DP网实现主、从站的连接。用于主站S7-400系列PLC的CPU选型为CPU416-2DP，该型CPU数学处理能力极强，带有内部集成的PROFIBUS-DP接口，其组态灵活，速度快，操作简捷。每个PLC均采用一块CPU模板和数块SM422、SM421模板，完成整条轧线在网络状态下的顺序控制和闭环控制。由于从站较多，每台PLC都配有CP443-5通讯模板，将PLC作为主站连到PROFIBUS-DP，完成与从站接口之间的串接，Profibus网的基本数据如下：

    ●数据传输速率：  1．5Mbps,
    ●网上工作站数：  最多32个；
    ●传输介质：    双绞屏蔽电缆；
    ● 数据传输方式：  主―从站令牌方式。

    直流调速系统6RA70和交流调速系统6SE70作为从站，安钢线材生产线共采用20台6RA70系列直流调速装置，分别控制14架初中轧机、2架两架6RA70系列直流调速装置并联控制的预精轧机、2台飞剪。交流辅助传动共采用34台6SE70系列交流调速装置，分别控制入炉、出炉以及炉内辊道，7台轧机用提升机，3台夹送辊，12台风冷线电机。6RA70和6SE70通过CBP通信模板与CPU上的PROFIBUS-DP接口相连，实现数据在PROFIBUS-DP网上快速准确的数据和信息传输。在主站硬件配置时，用STEP7软件为每个6RA70、6SE70从站分配PROHBUS地址，通过6RA70、6SE70的操作面板将总线地址设定到参数P918中。PROFIBUS-DP现场总线周期数据传输的报文编码结构如下：

    网络数据结构采用的参数过程数据对象为PP04，可用数据无参数区，有6个字过程数据，主站DP数据区的数据在PROFIBUS-DP的支持下，周期性地与从站中的DP数据区进行数据交换。SFCl4接收指令将DP接收区的数据传输到存贮字中，那么主站就知道了6RA70、6SE70从站中的各种逻辑状态以及各种实际值，用户根据这些数据编写相应的程序，将这些状态和实际值传给画面，操作员根据画面上的状态和实际值来判断6BA70和6SE70运行的实际情况。同样各种指令和速度参数通过存贮字发送指令SFCl5发送到6RA70和6SE70中，实现主站对从站的控制。

    Profibus网是一种实时、开放性工业现场总线网络。它的特点是：使用数字传输，易于正确接收和差错检验，保证数据的可靠性和准确性，有利于降低工厂低层设备之间的电缆连接成本，易于安装、维修和扩充，能及时发现故障，便于及早处理。它的最大优点是能充分利用智能设备的能力。

    （4）ET200M是一种模块化的分布式I／O站，作为从站通过IM-153接口与PROFIBUS-DP现场总线连接，本系统中用屏蔽双绞线将主站CPU的DP接口与所有的ET200M从站DP接口依次串接。

四、结束语

    安钢高线过程自动化网络系统采用的PROFIBUS-DP总线技术，以PLC为主站，6SE70，6RA70，ET200M为从站，主、从站之间的数据交换通过数字通信方式进行，因而为系统的安装调试维护工作都带来了极大的方便。安钢高速线材轧机过程自动化网络系统有90年代较高的控制水平，就其系统构成、硬件配置及软件实现方法都有独到之处，另外，由于采用分级控制，使得该系统安全、简单、速度快、实时性强，保证了该控制系统的可靠性。