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案例頻道1、系統概述
煉鋼使用先進的鐵水脫硫―轉爐―精煉―連鑄生產工藝，可生產高附加值的鋼種，提高產品在市場上的競爭力。鋼包爐精煉是其中重要的一部分。精煉是把初煉鋼水裝入具有除塵設備的鋼包爐內通過電極加熱控制鋼水溫度，送到喂絲精煉工位喂人定量合金絲，同步鋼包爐底部吹氬攪拌．其主要功能是實現鋼種成分達標、鋼水溫度適合連鑄。我們的精煉系統由一座LF鋼包爐、一套雙罐位的VD真空處理裝置組成。具有脫硫、脫氣的作用。鋼包爐精煉PLC測控系統主要由加熱、爐體、真空、喂絲精煉測控等子系統組成．鋼包爐精煉PLC系統的工作原理是把在具備PLC網絡系統的煉鋼廠，在網絡支持下可以實現鋼包爐精煉測控系統資源和數據共享(其中包括現場儀表、傳感器實時檢測數據如鋼水溫度、鋼水質量、氬氣壓力、喂絲速度、喂絲長度、相關物流量等，還包括通過上下位機鍵盤輸入的數據和指令如鋼包號、班次、操作人、鋼種、設定喂絲速度、喂絲長度、喂絲種類等)
精煉自動化控制系統分為基礎自動化（L1級），和過程自動化（L2集），并預留管理自動化（L3級）接口?？刂浦行牟捎眉蠵LC控制，HMI工作站CRT監控和操作，不再設操作臺。PLC系統為施耐德公司的Quantum 系列和Momentum系列控制器，通過HMI工作站，可以對所有的設備進行在線監控，完成各個工藝設備或者工藝流程的順序控制和PID調解，故障報警處理及顯示。每個大系統上掛Ethernet，進行數據交換。組態軟件采用Concept 2.5，監控軟件采用的是Monitor pro 2.1和XBT-L1000 V3.7。整個精煉系統有兩臺交換機用雙絞線連成內部網絡，并用光纜與連鑄、轉爐等連成上一級環形管理網。每個PLC由Ethernet通訊模板提供自己的網絡連接Web頁，用戶可通過國際互聯網用瀏覽器、HTML瀏覽本系統的運行狀況和生產情況。
2、基礎自動化構成
電氣控制自動化控制系統按系統分：
l LF爐電氣控制系統
l VD爐電氣控制系統
l RMH(上料系統) 電氣控制系統
以上各系統之間的數據交換是通過100M MUDBUS TCP工業以太網實現的，主控設備在精煉控制室，現場的MAGLIS人機界面僅在設備調試和事故狀態下使用。
整個系統構成如圖：
由于各工序既相互獨立又聯系密切；設備相對分散，分別分布在兩層平臺的各個角落。因此自控系統的整體自動控制和PLC的遠程控制等要求控制器和網絡有更好的集成。整個控制系統大量使用先進的網絡技術，以滿足不同層次通訊需求。
它使用了三種網絡連接方式，以太網連接、MB+連接、遠程從站的連接。整個精煉網絡系統有兩臺交換機（SWITH）居中連接，一臺是L1級網絡交換機，一臺是L2級網絡交換機。L1級有六臺計算機，分別是LF爐兩臺，VD爐兩臺，電極控制與喂絲機控制各一臺帶觸摸屏的計算機。L2級網絡連接L2級服務器，網絡打印機，L1級的計算機，并用光纜與三煉鋼整個網絡連接。控制其中除高速計數模塊是采用的Momentum系列，其他控制器都是Quantum系列。
經過發展，工業以太網形成4種不同協議標準。Schneider Electric(施耐德電氣公司)的“透明工廠”系統是基于Modbus TCP（它主要有Phoenix公司、OPTO 22公司、IDA等公司支持）的四種主流工業以太網中的一種。其余的是EtherNet/IP（ABB、Honeywell、Rockwell、三菱公司等支持），ProfiNet（西門子、PTO支持），FF HSE（現場基金會支持）。Modbus TCP是在Ethernet和、TCP\IP上結合Modbus 協議；通過簡單的把Modbus 幀嵌入到TCP幀中，使Modbus與以太網和TCP/IP結合，成為Modbus TCP\IP。在目前的工業以太網標準中，Modbus TCP\IP是最簡單的一種。Ethernet網使用的每個IP地址單一，其采用星形拓撲結構方式連接的節點數量或網絡區域幾乎是沒有限制的。使用標準的路由器和橋接器，能使網絡的性能和距離滿足幾乎所有控制系統的要求。其傳輸速率高達100MBPS，采用信息行業的事實標準TCP/IP，應用層使用Modbus協議，幾乎不會發生數據傳輸沖突，交換式以太網技術的使用，更加避免沖突發生。以太網聯接如圖：
精煉各個大系統之間是由Modbus TCP的10~100Mbps自適應局域網構成的，是高速以太網。每臺HP的主機上都帶有兩塊網卡，用RJ-45連接器連接。阻抗為100Ω的超5類雙絞線（100MHz，支持雙工）把網卡連到L1級與L2級交換機上。交換機器與網卡之間的距離不能超過100m。交換機還有一個重要特點就是它不是像集線器（HUB）一樣每個端口共享帶寬，它的每一端口都是獨享交換機的一部分總帶寬，這樣在速率上對于每個端口來說有了根本的保障。另外，使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機，這就是VLAN（虛擬局域網）。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的出現，避免共享沖突。這樣交換機就可以在同一時刻可進行多個節點對之間的數據傳輸，每一節點都可視為獨立的網段，連接在其上的網絡設備獨自享有固定的一部分帶寬，無須同其他設備競爭使用。如當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有帶寬，都有著自己的虛擬連接。打個比方就是，如果現在使用的是10Mbps 8端口以太網交換機，因每個端口都可以同時工作，所以在數據流量較大時，那它的總流量可達到8×10Mbps＝80Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，因為它是屬于共享帶寬式的，所以同一時刻只能允許一個端口進行通信，那數據流量再忙HUB的總流通量也不會超出10Mbps。如果是16端口、24端口的更是明顯了
每套系統之間的子系統是由Modbus Plus連接，使用雙芯通訊線。Modbus Plus是一種多點拓撲結構的對等（Peer Cop協議）通訊網絡，每個站通過PEER COP對等通訊協議方式與本地CPU之間進行數據交換。通訊節點可達64個（不加中繼器為32），傳輸速度達1MB/S，傳輸距離達1500米（不加中繼器450米），通訊設備可以是I/O模塊，PLC，計算機，人機界面（HMI），和其它Modbus Plus兼容的控制設備，Modbus Plus具有I/O數據通訊，互鎖，數據采集，程序上裝/下裝，和在線調試與監控等功能。Modbus Plus網編程工具透明，可通過組態或調用固定功能來實現各節點數據源間的通訊。
各遠程機架之間使用R I/O ，用同軸電纜連接。主回路用RG-11(AUI)的電纜連接，分站使用RG-6(BNC)的電纜連接。此種75Ω的同軸電纜，主要用于寬帶FDM模擬信號及高速數據。目前用同軸電纜傳送數據，可達50Mbps，距離一般為〈1Km。
此系統的馬達控制中心采用了施耐德電氣公司的智能控制產品，ATV_68型變頻器，內置通訊卡，使變頻裝置可以直接通過Interbus連接到網絡上，通過通信，在CPU中監控變頻器狀態。同時，各個槍（測溫槍、事故槍等）的編碼器使用的高速計數模塊均是Momentum系列的產品，相鄰Momentum模塊之間是由Interbus連接。Interbus通訊網絡是一種開放結構網絡，它是一種環行拓撲結構，采用主從方式工作方式，具備強大的故障診斷功能，無需設置地址、無終端電阻；采用雙絞線無中繼傳輸，500K/S傳速速率，13000米傳輸距離（相臨子站距離可達400米）的數據通訊網絡。大大提高了分布性系統的可靠性。
在整個三煉鋼工程中，采用了幾種網絡解決方案。通常在面對具體問題時，我們采用：
（1） 車間級生產信息集成系統更適合使用以太網。理由如下：
l 多數加工設備具有RS232接口；
l 實時性、，確定性、可靠性要求不高；與上層網路的信息規范和網絡接口兼容；
（2） 設備及控制優先選用現場總線技術。 理由如下：
l 實時性，確定性，可靠性要求；
l 現場總線技術種類、產品繁多，能夠提供各種成本的解決方案；
總結
精煉系統的網絡能及時、準確、全面地完成生產過程中所發生的數據采集、控制、輸出工作，實現數據共享，加快信息反饋，及時為操作和維護人員提供有效信息；以工業以太網為主的整個信息系統，各設備之間，資源信息共享，信息傳遞快速、方便；提高品種鋼的質量，增加企業經濟效益。網絡設計具有冗余性、擴展性，并預留對外接口，可與總廠主干網連接，實現WEB瀏覽功能以及與分廠其它系統的通訊。為以后的MES系統打下了堅實的基礎。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號