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案例頻道邯鋼4#高爐自1993年投產(chǎn)至今，外部設備嚴重老化，熱風爐原有的PLC控制系統(tǒng)TDC3000也經(jīng)常出現(xiàn)模板損壞和通訊中斷事故，急需改造。考慮到熱風爐設備較為分散，而現(xiàn)場總線技術正適合于這種分散的、具有通信接口的現(xiàn)場受控設備的系統(tǒng)，所以決定引入現(xiàn)場總線技術對熱風爐進行改造。
現(xiàn)場總線改造方案
1 現(xiàn)場總線
現(xiàn)場總線的概念是隨著微電子技術的發(fā)展，數(shù)字通信網(wǎng)絡延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能后，于1984年左右提出的。現(xiàn)場總線一般定義為：一種用于智能化現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的開放式，數(shù)字化，雙向串行，多節(jié)點的通信總線。其主要特征：
(1) 數(shù)字式通信方式取代設備級的模擬量(如4-20mA，0-5V等信號)和開關量信號；
(2) 在車間級與設備級通信的數(shù)字化網(wǎng)絡；
(3) 現(xiàn)場總線是工廠自動化過程中現(xiàn)場級通信的一次數(shù)字化革命；
(4) 現(xiàn)場總線使自控系統(tǒng)與設備加入工廠信息網(wǎng)絡，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡底層。使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場；
(5) 在集成制造系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是工廠計算機網(wǎng)絡到現(xiàn)場級設備的延伸，是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術基礎。
(6) 全數(shù)字化、全分布、雙向傳輸、自診斷、節(jié)省布線及控制室空間、多功能儀表、開放性、智能化與自治性等。
(7) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)通常包含現(xiàn)場總線儀表、控制器、現(xiàn)場總線線路、監(jiān)控、組態(tài)計算機，這里的儀表、控制器、計算機都需要通過現(xiàn)場總線網(wǎng)卡、通信協(xié)議軟件連接到網(wǎng)上。因此，現(xiàn)場總線網(wǎng)卡、通信協(xié)議軟件是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基礎和神經(jīng)中樞。
2 改造方案
(1) PLC系統(tǒng)用A-B控制系統(tǒng)代替TDC3000控制系統(tǒng)，軟件采用A-B的RSlogix 5000和RSview32。其優(yōu)點為：
備件易于采購(原有的TDC3000產(chǎn)品已不生產(chǎn))；
統(tǒng)一采用A-B的設備與軟件，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定；
系統(tǒng)擴展性強。
(2) 現(xiàn)場總線部分采用德國圖爾克公司的BL2O系列輸出摸板、FDNL系列輸入摸板和網(wǎng)絡附件。
(3) 本次現(xiàn)場總線改造涉及熱風爐自身的液壓閥門以及三座公用的液壓閥門，其余相對集中的電動閥門、液壓站、風機控制均進主PLC。總線分為14個地址，即01~13。所有的總線輸出點在01(BL20)站，輸入點在02~13站。
(4) 取消原有PLC輸入、輸出柜，設備的各個輸入點直接進PLC柜，輸出點隔離繼電器加在過程站控制柜中。
系統(tǒng)配置
(1) 主PLC模板型號CPU：1756-L55 Control Logix5555(一塊)，ENET：1756-ENBT/A(一塊)，DI：1756-IB16(五塊)，DO：1756-OB16E(三塊)，AI：1756-IF16(一塊)，AO：1756-OF16(一塊)，DNB： 1756-DNB(一塊)，主PLC通過1756-ENET通訊模塊掛在以太網(wǎng)上完成控制功能。
(2) 現(xiàn)場總線模板型號DI：FDNL-L1600-T、FDNL-L0800-T，DO：BL20-4DO-24V-0.5-P，由主PLC1756-DNB模塊充當Device Net設備與Logix5550控制器之間的接口并實現(xiàn)通訊。
(3) 2套研華工控機通過3COM網(wǎng)卡掛在以太網(wǎng)上完成監(jiān)視和操作功能。
系統(tǒng)配置如附圖。
附圖 系統(tǒng)配置圖
網(wǎng)絡協(xié)議
(1) Ethernet協(xié)議：
Ethernet用電纜將計算機和外圍設備連接起來，使它們之間可以互相通訊。用于網(wǎng)絡的實際連線稱為網(wǎng)絡“媒介”。除物理媒介外，所有Ethernet網(wǎng)絡支持協(xié)議都提供復雜的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡管理功能。
(2) 在網(wǎng)絡上使用Ethernet之前必須對其組態(tài)，包括：IP地址、默認網(wǎng)關和子網(wǎng)掩碼。IP地址標識了網(wǎng)絡上的每個節(jié)點。在網(wǎng)絡上每個TCP/IP節(jié)點必須有唯一的IP地址。網(wǎng)關將單獨的物理網(wǎng)絡連接到系統(tǒng)中。當一個節(jié)點需要與另一個網(wǎng)絡中的節(jié)點通訊時，網(wǎng)關可以在兩個網(wǎng)絡間傳輸數(shù)據(jù)。子網(wǎng)掩碼是IP地址表的擴展，它允許站點在多個物理網(wǎng)絡上使用單一的網(wǎng)絡ID。本系統(tǒng)是通過RSLINX軟件進行上述組態(tài)的。通過Ethernet協(xié)議完成熱風爐兩臺工控機與CPU之間，以及與熱風爐儀控、爐頂和槽下CPU之間的通訊。
(3) DeviceNet協(xié)議：通過1756-DNB模塊控制器與DeviceNet設備之間進行數(shù)據(jù)交換。
通訊速率與通訊距離關系附表。
附表 DeviceNet通訊數(shù)據(jù)
本系統(tǒng)是通過RSNETWORX FOR DeviceNet軟件組態(tài)1756-DNB模塊。通過1756-DNB模塊完成熱風爐主PLC與Device Net設備進行通訊。
結(jié)束語
通過現(xiàn)場總線改造，減少了熱風爐的事故發(fā)生率，較之改造前更易排除故障，同時系統(tǒng)綜合成本大副減少。投運以來，總線系統(tǒng)運行穩(wěn)定，從而保證了高爐的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。現(xiàn)場總線是工業(yè)控制系統(tǒng)的新型通訊標準，是基于現(xiàn)場總線的低成本自動化系統(tǒng)技術。現(xiàn)場總線技術的采用將帶來工業(yè)控制系統(tǒng)技術的革命。采用現(xiàn)場總線技術可以促進現(xiàn)場儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)領域的技術發(fā)展趨勢。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號