控制网

        炼钢使用先进的铁水脱硫―转炉―精炼―连铸生产工艺，可生产高附加值的钢种，提高产品在市场上的竞争力。钢包炉精炼是其中重要的一部分。精炼是把初炼钢水装入具有除尘设备的钢包炉内通过电极加热控制钢水温度，送到喂丝精炼工位喂人定量合金丝，同步钢包炉底部吹氩搅拌．其主要功能是实现钢种成分达标、钢水温度适合连铸。我们的精炼系统由一座LF钢包炉、一套双罐位的VD真空处理装置组成。具有脱硫、脱气的作用。钢包炉精炼PLC测控系统主要由加热、炉体、真空、喂丝精炼测控等子系统组成．钢包炉精炼PLC系统的工作原理是把在具备PLC网络系统的炼钢厂，在网络支持下可以实现钢包炉精炼测控系统资源和数据共享(其中包括现场仪表、传感器实时检测数据如钢水温度、钢水质量、氩气压力、喂丝速度、喂丝长度、相关物流量等，还包括通过上下位机键盘输入的数据和指令如钢包号、班次、操作人、钢种、设定喂丝速度、喂丝长度、喂丝种类等)

       精炼自动化控制系统分为基础自动化（L1级），和过程自动化（L2集），并预留管理自动化（L3级）接口。控制中心采用集中PLC控制，HMI工作站CRT监控和操作，不再设操作台。PLC系统为施耐德公司的Quantum 系列和Momentum系列控制器，通过HMI工作站，可以对所有的设备进行在线监控，完成各个工艺设备或者工艺流程的顺序控制和PID调解，故障报警处理及显示。每个大系统上挂Ethernet，进行数据交换。组态软件采用Concept 2.5，监控软件采用的是Monitor pro 2.1和XBT-L1000 V3.7。整个精炼系统有两台交换机用双绞线连成内部网络，并用光缆与连铸、转炉等连成上一级环形管理网。每个PLC由Ethernet通讯模板提供自己的网络连接Web页，用户可通过国际互联网用浏览器、HTML浏览本系统的运行状况和生产情况。

2、基础自动化构成

电气控制自动化控制系统按系统分：

l         LF炉电气控制系统

l         VD炉电气控制系统

l         RMH(上料系统) 电气控制系统

以上各系统之间的数据交换是通过100M MUDBUS TCP工业以太网实现的，主控设备在精炼控制室，现场的MAGLIS人机界面仅在设备调试和事故状态下使用。

整个系统构成如图：

        由于各工序既相互独立又联系密切；设备相对分散，分别分布在两层平台的各个角落。因此自控系统的整体自动控制和PLC的远程控制等要求控制器和网络有更好的集成。整个控制系统大量使用先进的网络技术，以满足不同层次通讯需求。

        它使用了三种网络连接方式，以太网连接、MB+连接、远程从站的连接。整个精炼网络系统有两台交换机（SWITH）居中连接，一台是L1级网络交换机，一台是L2级网络交换机。L1级有六台计算机，分别是LF炉两台，VD炉两台，电极控制与喂丝机控制各一台带触摸屏的计算机。L2级网络连接L2级服务器，网络打印机，L1级的计算机，并用光缆与三炼钢整个网络连接。控制其中除高速计数模块是采用的Momentum系列，其他控制器都是Quantum系列。

        经过发展，工业以太网形成4种不同协议标准。Schneider Electric(施耐德电气公司)的“透明工厂”系统是基于Modbus TCP（它主要有Phoenix公司、OPTO 22公司、IDA等公司支持）的四种主流工业以太网中的一种。其余的是EtherNet/IP（ABB、Honeywell、Rockwell、三菱公司等支持），ProfiNet（西门子、PTO支持），FF HSE（现场基金会支持）。Modbus TCP是在Ethernet和、TCP\IP上结合Modbus 协议；通过简单的把Modbus 帧嵌入到TCP帧中，使Modbus与以太网和TCP/IP结合，成为Modbus TCP\IP。在目前的工业以太网标准中，Modbus TCP\IP是最简单的一种。Ethernet网使用的每个IP地址单一，其采用星形拓扑结构方式连接的节点数量或网络区域几乎是没有限制的。使用标准的路由器和桥接器，能使网络的性能和距离满足几乎所有控制系统的要求。其传输速率高达100MBPS，采用信息行业的事实标准TCP/IP，应用层使用Modbus协议，几乎不会发生数据传输冲突，交换式以太网技术的使用，更加避免冲突发生。以太网联接如图：

精炼各个大系统之间是由Modbus  TCP的10~100Mbps自适应局域网构成的，是高速以太网。每台HP的主机上都带有两块网卡，用RJ-45连接器连接。阻抗为100Ω的超5类双绞线（100MHz，支持双工）把网卡连到L1级与L2级交换机上。交换机器与网卡之间的距离不能超过100m。交换机还有一个重要特点就是它不是像集线器（HUB）一样每个端口共享带宽，它的每一端口都是独享交换机的一部分总带宽，这样在速率上对于每个端口来说有了根本的保障。另外，使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机，这就是VLAN（虚拟局域网）。通过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现，避免共享冲突。这样交换机就可以在同一时刻可进行多个节点对之间的数据传输，每一节点都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有固定的一部分带宽，无须同其他设备竞争使用。如当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有带宽，都有着自己的虚拟连接。打个比方就是，如果现在使用的是10Mbps 8端口以太网交换机，因每个端口都可以同时工作，所以在数据流量较大时，那它的总流量可达到8×10Mbps＝80Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，因为它是属于共享带宽式的，所以同一时刻只能允许一个端口进行通信，那数据流量再忙HUB的总流通量也不会超出10Mbps。如果是16端口、24端口的更是明显了

        每套系统之间的子系统是由Modbus Plus连接，使用双芯通讯线。Modbus Plus是一种多点拓扑结构的对等（Peer Cop协议）通讯网络，每个站通过PEER COP对等通讯协议方式与本地CPU之间进行数据交换。通讯节点可达64个（不加中继器为32），传输速度达1MB/S，传输距离达1500米（不加中继器450米），通讯设备可以是I/O模块，PLC，计算机，人机界面（HMI），和其它Modbus Plus兼容的控制设备，Modbus Plus具有I/O数据通讯，互锁，数据采集，程序上装/下装，和在线调试与监控等功能。Modbus Plus网编程工具透明，可通过组态或调用固定功能来实现各节点数据源间的通讯。

        各远程机架之间使用R I/O ，用同轴电缆连接。主回路用RG-11(AUI)的电缆连接，分站使用RG-6(BNC)的电缆连接。此种75Ω的同轴电缆，主要用于宽带FDM模拟信号及高速数据。目前用同轴电缆传送数据，可达50Mbps，距离一般为〈1Km。

        此系统的马达控制中心采用了施耐德电气公司的智能控制产品，ATV_68型变频器，内置通讯卡，使变频装置可以直接通过Interbus连接到网络上，通过通信，在CPU中监控变频器状态。同时，各个枪（测温枪、事故枪等）的编码器使用的高速计数模块均是Momentum系列的产品，相邻Momentum模块之间是由Interbus连接。Interbus通讯网络是一种开放结构网络，它是一种环行拓扑结构，采用主从方式工作方式，具备强大的故障诊断功能，无需设置地址、无终端电阻；采用双绞线无中继传输，500K/S传速速率，13000米传输距离（相临子站距离可达400米）的数据通讯网络。大大提高了分布性系统的可靠性。

 在整个三炼钢工程中，采用了几种网络解决方案。通常在面对具体问题时，我们采用：

（1）       车间级生产信息集成系统更适合使用以太网。理由如下：

l         多数加工设备具有RS232接口；

l         实时性、，确定性、可靠性要求不高；与上层网路的信息规范和网络接口兼容；

（2）       设备及控制优先选用现场总线技术。 理由如下：

l         实时性，确定性，可靠性要求；

l         现场总线技术种类、产品繁多，能够提供各种成本的解决方案；

        精炼系统的网络能及时、准确、全面地完成生产过程中所发生的数据采集、控制、输出工作，实现数据共享，加快信息反馈，及时为操作和维护人员提供有效信息；以工业以太网为主的整个信息系统，各设备之间，资源信息共享，信息传递快速、方便；提高品种钢的质量，增加企业经济效益。网络设计具有冗余性、扩展性，并预留对外接口，可与总厂主干网连接，实现WEB浏览功能以及与分厂其它系统的通讯。为以后的MES系统打下了坚实的基础。