1.前言

在水泥生產(chǎn)線規(guī)模擴(kuò)大的發(fā)展過程中，單臺(tái)設(shè)備或儀表控制子系統(tǒng)越來越多地得到應(yīng)用。組建全線主控制系統(tǒng)時(shí)，必不可少地需要考慮子系統(tǒng)與主控制系統(tǒng)之間的最優(yōu)信息傳輸方式。伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及標(biāo)準(zhǔn)的逐漸統(tǒng)一，網(wǎng)絡(luò)通訊方式已逐漸取代常規(guī)的信號(hào)電纜敷設(shè)方式，有機(jī)地把兩者統(tǒng)一到一個(gè)控制層面上來，節(jié)省了投資和安裝工程量，提供了方便和廣泛的信息傳輸模式，也同時(shí)給予控制子系統(tǒng)更大的構(gòu)建復(fù)雜控制的靈活度。本文以馬鞍山鋼鐵公司某生產(chǎn)線技改工程為例，簡(jiǎn)要介紹了兩種系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊的具體應(yīng)用。

2.項(xiàng)目概況

馬鞍山鋼鐵公司下屬某水泥生產(chǎn)線技改工程是在原有600D/T生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，主要對(duì)其生料制備系統(tǒng)、預(yù)分解系統(tǒng)及煤粉制備系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的工藝及電氣自動(dòng)化改造，并提升生產(chǎn)規(guī)模。

原生產(chǎn)線使用了西門子S7-400系列控制器件，采用西門子專用的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議構(gòu)建控制系統(tǒng)。在充分利用其原有控制器和信號(hào)采集模板的原則下，我們采用TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、光纖傳輸介質(zhì)重新構(gòu)建了星形拓樸結(jié)構(gòu)的全線主控制系統(tǒng)。主控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案如圖1所示。

如圖1所示，現(xiàn)場(chǎng)控制站主要由生料制備和燒成兩個(gè)S7-400現(xiàn)場(chǎng)控制主站構(gòu)成；生料立磨及煤立磨兩個(gè)控制子站由相應(yīng)的主機(jī)設(shè)備廠商按技術(shù)要求配置，這里的技術(shù)要求主要指接入全線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接要求(使用TCP/IP Industrial Ethernet)。窯直流調(diào)速裝置則采用PROFIBUS-DP總線網(wǎng)協(xié)議接入燒成S7-400控制站。由此，兩個(gè)重要設(shè)備的控制子站以及特殊裝置子站統(tǒng)一采用通訊接入方式，避免了信號(hào)電纜接入的煩瑣工作量及擴(kuò)展限制，用戶可根據(jù)要求快捷改變信號(hào)參數(shù)的配置及數(shù)量，最大程度地支持了系統(tǒng)擴(kuò)展性及靈活性。

3.設(shè)備控制子站的網(wǎng)絡(luò)接入

設(shè)備控制子站一般隨主機(jī)設(shè)備由制造廠商提供。對(duì)于大型設(shè)備如水泥生產(chǎn)線中的立磨、堆取料機(jī)、篦冷機(jī)、綜合油站等，尤其是國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，大多使用了帶控制器的小型PLC組成控制子站，以完成對(duì)其設(shè)備的基本控制、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜監(jiān)控、重要保護(hù)等功能，有其相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn)。

采用通常的信號(hào)電纜直接接入方式，一般有兩種方案：

①?gòu)目刂谱诱镜妮敵鲂盘?hào)模板連接主要的監(jiān)視及控制參數(shù)，輸送到附近的全線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制站，完成信號(hào)采集及控制功能。

這種方式等同于常規(guī)的電氣儀表設(shè)計(jì)，但相應(yīng)增加了控制子站輸出模板以及現(xiàn)場(chǎng)控制站輸入模板的配置，也就增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本，且需要提前完善設(shè)計(jì)單位與設(shè)備廠商的技術(shù)交底和互通工作。

②全部信號(hào)直接接入現(xiàn)場(chǎng)控制站，取消控制子站設(shè)置，所有設(shè)備保護(hù)及現(xiàn)場(chǎng)操控統(tǒng)一由全線控制系統(tǒng)實(shí)施。

這種方式簡(jiǎn)化了整個(gè)控制系統(tǒng)，但同時(shí)也喪失了現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)的靈活操控性和設(shè)備保護(hù)功能，對(duì)于大型設(shè)備、尤其涉及到本身需要液壓控制系統(tǒng)的設(shè)備，軟件設(shè)計(jì)的難度加大，并且較難與設(shè)備制造廠商達(dá)成一致意見。

圖1 馬鋼桃沖礦全線DCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 馬鋼桃沖礦網(wǎng)絡(luò)通訊示意圖

圖3

圖4 讀程序塊TCP_RECV

圖5 寫程序塊TCP_SEND

采用網(wǎng)絡(luò)接入方式，既可保持控制子站的相對(duì)獨(dú)立和完整性，也節(jié)省了投資及工程安裝量和維護(hù)工作量，通訊規(guī)模靈活可調(diào)；現(xiàn)場(chǎng)和中控兩級(jí)功能完善。

在馬鞍山鋼鐵公司桃沖礦1200D/T生產(chǎn)線技改工程中，經(jīng)過用戶、設(shè)計(jì)單位以及立磨制造廠商三方協(xié)調(diào)，對(duì)生料及煤立磨控制子站（S7-300系列）增加TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器，同時(shí)全線控制系統(tǒng)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，通過光纖把兩者相連。軟件設(shè)計(jì)上，通過編程實(shí)現(xiàn)控制子站CPU與現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換，如圖2。

網(wǎng)絡(luò)通訊參數(shù)基本設(shè)置如圖3所示。

需要注意的是，在軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)建立兩個(gè)CPU之間的雙向通訊通道，即讀寫雙工通道。ID號(hào)（圖中所示為1）主要用于程序編程連接。

程序中需要調(diào)用工業(yè)以太網(wǎng)通訊程序塊：

①讀程序塊TCP_RECV(圖4)

其作用是通過通訊通道ID1和本站通訊處理器(地址為16進(jìn)制的07F4)，接收30個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在本站數(shù)據(jù)塊DB11中從DBX10.0開始遞增的字節(jié)中；NDR、ERROR、STATUS及LEN為通訊狀態(tài)輸出量以便監(jiān)視和調(diào)試。

②寫程序塊TCP_SEND(圖5)

其作用是通過通訊通道ID2和本站通訊處理器(地址為16進(jìn)制的07F4)，發(fā)送存儲(chǔ)在本站數(shù)據(jù)塊DB12中從DBX10.0開始遞增的字節(jié)中30個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；DONE、ERROR、STATUS為通訊狀態(tài)輸出量以便監(jiān)視和調(diào)試。

通訊建立后，每個(gè)控制站還需要分別對(duì)通訊傳輸?shù)淖止?jié)進(jìn)行賦值與分解程序操作，這里不再贅述。需要進(jìn)一步說明的是，此種通訊方式與全線控制站間的站間通訊作法是相同的，相當(dāng)于把單套設(shè)備控制子站看作是一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站。

其它只用于顯示和報(bào)警的參數(shù)可以通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議直接送至上位機(jī)監(jiān)控和處理。

4.窯直流調(diào)速裝置的網(wǎng)絡(luò)接入

本工程中使用了SIEMENS公司的直流調(diào)速裝置，它支持歐洲標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，通過與窯頭控制站的DP網(wǎng)掛接可方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊機(jī)控制。具體步驟如下：

①通訊電纜連接

采用PROFIBUS屏蔽雙絞線、專業(yè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)連接頭連接窯頭控制站和直流調(diào)速裝置的CBP通訊板的DP接口。

②調(diào)速裝置參數(shù)設(shè)置

設(shè)置調(diào)速裝置的DP地址參數(shù)為3，DP協(xié)議模式為PPO1，即確定通訊傳輸?shù)膬?nèi)容和字節(jié)容量。

③軟件編程工作

硬件組態(tài)中在DP網(wǎng)絡(luò)中加入相應(yīng)型號(hào)的直流調(diào)速裝置，并設(shè)置主站DP地址為1，調(diào)速裝置DP地址為3；選擇DP協(xié)議模式為PPO1，將自動(dòng)產(chǎn)生通訊數(shù)據(jù)地址。完成后下載至主站CPU中，兩者通電即可建立正常的通訊連接。

④控制參數(shù)的分解

若采用SIEMENS公司專業(yè)的DPV專用軟件（針對(duì)西門子公司的變頻器和直流調(diào)速裝置通訊），則只需要直接調(diào)用其中的功能塊，就可以直接讀出和寫入狀態(tài)監(jiān)視及控制參數(shù)；若無(wú)DPV軟件則需要編程拆分通訊數(shù)據(jù)字為控制位，還需參考直流調(diào)速裝置的技術(shù)說明書，此工作不再贅述。

通訊建立過程并不復(fù)雜，且直流裝置對(duì)通訊速率自動(dòng)識(shí)別，但需要注意兩者的DP地址不能重復(fù)，PPO類型要統(tǒng)一，否則通訊無(wú)法正常?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中，可以參考控制站CPU上的DP通訊狀態(tài)指示燈和直流裝置上的CBP板指示燈。

5.綜述

綜上所述，在本工程中我們采用了IE（工業(yè)以太網(wǎng)）及PROFIBUS-DP（現(xiàn)場(chǎng)總線）兩種網(wǎng)絡(luò)方式分別掛接了生料立磨控制子站、煤立磨控制子站以及窯直流調(diào)速裝置，減少了現(xiàn)場(chǎng)控制電纜的敷設(shè)，簡(jiǎn)便了施工，并極大地豐富了監(jiān)視控制的內(nèi)容。

隨著水泥工業(yè)技術(shù)進(jìn)步和成套設(shè)備的發(fā)展，專用設(shè)備（如立磨、堆取料機(jī)、篦冷機(jī)、綜合油站、擠壓機(jī)等）、先進(jìn)的控制器件（如變頻器、直流調(diào)速裝置）以及智能儀表已廣泛應(yīng)用在水泥生產(chǎn)線中。這些設(shè)備都有其相對(duì)的獨(dú)立性和網(wǎng)絡(luò)通訊能力，并且監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量隨著控制復(fù)雜程度的增加相應(yīng)增大，采用網(wǎng)絡(luò)通訊的方式來傳輸數(shù)據(jù)及實(shí)現(xiàn)控制，既有便捷施工、維護(hù)量小的特點(diǎn)，又有著很好的靈活性和可擴(kuò)展性，必將在工程中得到進(jìn)一步的應(yīng)用。