牟萬勤

（甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 系統(tǒng)介紹

酒鋼七空壓站各有三套阿特拉斯空壓機作為公輔系統(tǒng)為各工序提供壓縮空氣，機組的可靠性較高。用戶通過控制器上的液晶面板，可以監(jiān)視空壓機的各項運行參數(shù)，并完成啟動、停機、加載、卸載等操作。阿特拉斯空壓組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖1 所示。

圖1 阿特拉斯空壓組控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由Elektronikon 智能控制器、連接電纜組成。

2 改造方案的確定與問題解決方法

2.1 問題的提出

七空壓站最初設(shè)計時由于前期設(shè)計與溝通問題，導致空壓機控制沒有納入到PLC 控制系統(tǒng)里，用戶只能通過控制器上的液晶面板來監(jiān)視空壓機的各項重要參數(shù)，并通過現(xiàn)場機旁對空壓機進行啟動、停機、加載、卸載等操作。在人員進行優(yōu)化后，崗位人員缺少，增加了運行人員的工作量，空壓機機組運行的安全性也得不到保障。以上原因的客觀存在，使得空壓機獨立運行，無法進行遠程上位機的監(jiān)控操作，更無法根據(jù)壓縮空氣總管壓力完成自動啟停、加卸、載過程，從而大大降低了工廠的自動化水平，勞動生產(chǎn)率很低。

2.2 問題的分析及解決思路

要想實現(xiàn)空壓機遠程集中監(jiān)視與控制，如果通過重新敷設(shè)電纜將空壓機各參數(shù)接入PLC 系統(tǒng)，工期長且成本較高。經(jīng)過分析研究認為，空壓機的運行參數(shù)可以考慮采用已有的CAN 接口進行聯(lián)網(wǎng)后，經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器Combox-S 輸出端RS 485 接口接入PLC，AB 系列PLC 也提供相應接口模板支持，技術(shù)比較成熟；而空壓機及附屬設(shè)備的控制通過干接點接入PLC 來完成，這樣的結(jié)構(gòu)配置可以將現(xiàn)場的所有數(shù)據(jù)先全部送入PLC 系統(tǒng)，最后通過PLC 處理器集中進行采集，最終實現(xiàn)遠距離、多套監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控。但是AB 系列PLC 的接口模板價格昂貴，其參數(shù)配置復雜，運行維護不便。

最后經(jīng)過技術(shù)咨詢和論證，認為直接采用施耐德公司以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)Link150 和阿特拉斯協(xié)議轉(zhuǎn)換器Combox-S 將RS 485 轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)通訊，最終將空壓機運行參數(shù)送入上位機，空壓機的控制和附屬設(shè)備控制則通過PLC 控制系統(tǒng)和上位機來實現(xiàn)。此方案比第一種方案更適應于現(xiàn)場的檢修維護，避免了因控制系統(tǒng)故障造成空壓機運行參數(shù)無法監(jiān)視問題。

空壓機智能控制器自帶CAN 接口，所有和第三方設(shè)備進行通訊的工作，均由支持CAN 總線的網(wǎng)關(guān)完成。我們將1～3 號空壓機依次并接后，3 號控制器出線接入網(wǎng)關(guān)，這樣3 臺控制器和網(wǎng)關(guān)組成了一個CAN 總線網(wǎng)絡(luò)。如果將來還有擴展，那么擴展的控制器可以繼續(xù)往這條總線上接。網(wǎng)關(guān)上CAN 接口還可作為管理口，對總線上各設(shè)備的通訊參數(shù)進行設(shè)定，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗方式等。作為通訊媒介，CAN 總線和第三方設(shè)備進行通訊，通訊協(xié)議為Modbus，必須選擇阿特拉斯提供Combox-S 模塊，架起通訊橋梁。

以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)Link 150 是一種可在以太網(wǎng)(Modbus TCP/IP)和Modbus 串行線路設(shè)備之間提供連接，從而使Modbus TCP/IP 客戶端能夠訪問串行從站設(shè)備信息的設(shè)備,它還允許串行主站設(shè)備訪問來自于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上所分布的從站設(shè)備的信息。現(xiàn)場通訊方式由RS 485 轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)后，與AB 系列ControlLogix 5000 PLC 控制系統(tǒng)通訊一起接入交換機，最終可實現(xiàn)遠距離、多套監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控。改造后系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖2 所示。

圖2 改造后監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

這樣的結(jié)構(gòu)配置可以將現(xiàn)場空壓機的所有運行數(shù)據(jù)先通過RS 485 采集后，由Link 150 轉(zhuǎn)換后全部送入交換機系統(tǒng)，交換機系統(tǒng)將來自PLC 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和Link 150 數(shù)據(jù)，通過光纖進行遠距離傳輸，最終實現(xiàn)了多臺監(jiān)控系統(tǒng)同時監(jiān)視與控制。

3 硬件設(shè)計與軟件編程

3.1 PLC 硬件選型

在控制系統(tǒng)選型時考慮到由于廠區(qū)多數(shù)控制系統(tǒng)為羅克韋爾公司ControlLogix 系列PLC，在配件儲存和維護方面有很大的便利性，控制器具有極強的網(wǎng)絡(luò)功能，通過強大的網(wǎng)關(guān)作用的背板可以連接AB 控制器的所有網(wǎng)絡(luò)；其尺寸小巧，可帶電熱插板模塊，結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境與維護最終確定選擇Control-Logix 5000 1756 系列PLC。硬件選型列表見表1。

表1 硬件選型

3.2 PLC 控制程序編程

七空壓站主要控制設(shè)備有空壓機、水泵、電動閥門、干燥器以及模擬量監(jiān)測，所有編程使用梯形圖和功能塊圖實現(xiàn)邏輯控制，編程后以上設(shè)備都實現(xiàn)自動化控制，壓縮空氣總管壓力調(diào)節(jié)完成自動啟停、加卸、載過程。

4 Link150 與ComBox-S 網(wǎng)絡(luò)配置

4.1 Link 150 網(wǎng)絡(luò)配置

在IE 瀏覽器輸入IP 地址進入Link 150 設(shè)置頁面，對Link 150 進行IP 地址分配，選擇分配IPv 4參數(shù)集的模式,用IPv 4 或BOOTP 自動獲取DHCP參數(shù),其地址與羅克韋爾ControlLogix 5000 PLC 處理器地址必須在同一網(wǎng)段。

在對各空壓機設(shè)備地址分配時，必須考慮阿特拉斯空壓機智能控制器Elektronikon 分配的節(jié)點地址保持一致，否則通訊連接時無法正常通訊，配置如圖3 所示。

圖3 節(jié)點地址分配

串行端口配置，原有的阿特拉斯控制器配置波特率19200 bps 修改為9600 bps,通訊穩(wěn)定性得到提升，以前由于在Combox-S 模塊在通訊速率設(shè)置過高，造成現(xiàn)場通訊閃斷，配置如圖4 所示。

圖4 通訊速率設(shè)置

4.2 ComBox-S 模塊配置

由于ComBox-S 模塊的參數(shù)設(shè)置需要廠家專用的應用軟件，在采購ComBox-S 模塊時已經(jīng)與廠家溝通，對其相關(guān)配置進行下載安裝。

5 監(jiān)控系統(tǒng)IFIX 的組態(tài)

上位監(jiān)控系統(tǒng)IFIX 的組態(tài)包括了MBE 通訊協(xié)議配置、數(shù)據(jù)庫配置、系統(tǒng)測試等。安裝Modicon Modbus I/O Server 通訊協(xié)議軟件，在IFIX 工作臺中添加MBE 通訊協(xié)議配置，并進行相關(guān)組態(tài)與配置。在MBE 組態(tài)界面中填寫IP 地址（Link 150 網(wǎng)關(guān)中設(shè)定IP）以及其它參數(shù)如圖5 所示。

圖5 Link 150 網(wǎng)關(guān)設(shè)置

最后增加IFIX 數(shù)據(jù)庫，在MBE 驅(qū)動軟件中對各個監(jiān)控量的地址通道進行一一對應配置，原始地址需要向廠家咨詢獲取，之后在上位監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)顯示、設(shè)備操控正常。

6 結(jié)束語

由于此次前期改造調(diào)試工作在本地進行，在對以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)Link 150 與監(jiān)控系統(tǒng)連接是沒有通過交換機，導致Link 150 數(shù)據(jù)始終無法正常通訊，最后將交換機接入控制網(wǎng)絡(luò)后通訊恢復正常。

系統(tǒng)通訊方式經(jīng)過改造后，完整地實現(xiàn)了Rockwell PLC 和Link 150 協(xié)議轉(zhuǎn)換器和空壓機智能控制器之間的數(shù)據(jù)交換與控制，通訊穩(wěn)定可靠。對空壓機的控制功能進一步更改與完善，最終實現(xiàn)了空壓機系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控及控制，另外系統(tǒng)增加了報警功能，如果空壓機組出現(xiàn)異常，可以及時發(fā)出警報，提醒操作人員進行處理，機組控制的安全性進一步提升。該系統(tǒng)改造方式在空壓機參數(shù)上傳方面繞過了PLC 系統(tǒng)，簡化了系統(tǒng)設(shè)備，既節(jié)約成本，又降低了系統(tǒng)潛在的故障率。

該項目成功實施，實現(xiàn)了空壓機的遠程監(jiān)控操作，提高了系統(tǒng)的自動化水平，在類似的采用單臺或多臺阿特拉斯空壓機系統(tǒng)上可以推廣使用，經(jīng)濟效益和社會效益非常明顯，也為其他的Modbus 通訊提供了范例。