现场总线技术在邯钢高炉改造中的应用

1 前言
邯钢4#高炉自1993年投产至今以有12年，外部设备严重老化，热风炉原有的PLC控制系统TDC3000也经常出现模板损坏和通讯中断事故，急需改造。考虑到热风炉设备较为分散，而现场总线技术正适合于这种分散的、具有通信接口的现场受控设备的系统，所以决定引入现场总线技术对热风炉进行改造。
2 现场总线技术概述
现场总线的概念是随着微电子技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能后，于1984年左右提出的。现场总线一般定义为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式，数字化，双向串行，多节点的通信总线。其主要特征：
2.1 数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4-20mA,0-5V等信号）和开关量信号；
2.2 在车间级与设备级通信的数字化网络；
2.3 现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命；
2.4 现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层。使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场；
2.5在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。

现场总线控制系统有如下优点：全数字化、全分布、双向传输、自诊断、节省布线及控制室空间、多功能仪表、开放性、智能化与自治性等。
现场总线控制系统通常由以下部分组成： 现场总线仪表、控制器 、现场总线线路 、监控、组态计算机 ，这里的仪表、控制器、计算机都需要通过现场总线网卡、通信协议软件连接到网上。因此，现场总线网卡、通信协议软件是现场总线控制系统的基础和神经中枢。

3 改造方案和措施
3.1 PLC系统用A-B控制系统代替TDC3000控制系统,软件采用A-B的RSlogix 5000和RSview32。其优点为：3.1.1备件易于采购（原有的TDC3000产品已不生产）。3.1.2统一采用A-B的设备与软件，有利于系统的稳定。3.1.3系统扩展性强。
3.2现场总线部分采用德国图尔克公司的BL2O系列输出摸板、FDNL系列输入摸板和网络附件。
3.3本次现场总线改造涉及热风炉自身的液压阀门以及三座公用的液压阀门，其余相对集中的电动阀门、液压站、风机控制均进主PLC。总线分为14个地址，即01-13。所有的总线输出点在01（BL20）站，输入点在02-13站。
3.4取消原有PLC输入、输出柜，设备的各个输入点直接进PLC柜，输出点隔离继电器加在过程站控制柜中。
4 系统配置
4.1主PLC模板型号CPU:1756-L55 ControlLogix5555(一块)，ENET:1756-ENBT/A(一块)，DI：1756-IB16(五块)，DO：1756-OB16E(三块)，AI：1756-IF16(一块)，AO：1756-OF16(一块)，DNB: 1756-DNB(一块)， 主PLC通过1756-ENET通讯模块挂在以太网上完成控制功能。
4.2 现场总线模板型号DI：FDNL-L1600-T、FDNL-L0800-T，DO：BL20-4DO-24V-0.5-P，由主PLC1756-DNB模块充当Device Net设备与Logix5550控制器之间的接口并实现通讯。
4.3 2套研华工控机通过3COM网卡挂在以太网上完成监视和操作功能

系统配置如图如下：

5 网络协议
5.1 Ethernet协议: Ethernet用电缆将计算机和外围设备连接起来，使它们之间可以互相通讯。用于网络的实际连线称为网络“媒介”。除物理媒介外，所有Ethernet网络支持协议都提供复杂的数据传输和网络管理功能。
在网络上使用Ethernet之前必须对其组态，包括：IP地址、默认网关和子网掩码。
5.1.1 IP地址标识了网络上的每个节点。在网络上每个TCP/IP节点必须有唯一的IP地址。
5.1.2网关将单独的物理网络连接到系统中。当一个节点需要与另一个网络中的节点通讯时，网关可以在两个网络间传输数据。
5.1.3子网掩码是IP地址表的扩展，它允许站点在多个物理网络上使用单一的网络ID。
本系统是通过RSLINX软件进行上述组态的。
通过Ethernet协议完成热风炉两台工控机与CPU之间 以及与热风炉仪控、炉顶和槽下CPU之间的通讯。
5.2 DeviceNet协议：通过1756-DNB模块控制器与DeviceNet设备之间进行数据交换。
DeviceNet系统特点：
5.2.1基于CAN芯片，具有更强大的通讯功能，支持多种通讯方式。
5.2.2 DeviceNet具有更强大的抗电磁干扰能力。
5.2.3软件支持在线自动建立系统，使用更方便。
5.2.4网络最多支持64个节点。
5.2.5采用竹竿-分支拓扑结构。
5.2.6总线电源与通讯信号使用同一电缆。总线电源为24VDC，其向节点提供工作电源及向输入设备提供电源。
5.2.7输出采用辅助电源供电，确保总线通讯不受负载的影响。
通讯速率与通讯距离关系见下图表：

本系统是通过RSNETWORX FOR DeviceNet软件组态1756-DNB模块。
通过1756-DNB模块完成热风炉主PLC与Device Net设备进行通讯。
6 结束语
通过这次现场总线改造，减少了热风炉的事故发生率，较之改造前更易排除故障，同时系统综合成本大副减少。投运以来，总线系统运行稳定，从而保证了高炉的稳产、高产。现场总线是工业控制系统的新型通讯标准，是基于现场总线的低成本自动化系统技术。现场总线技术的采用将带来工业控制系统技术的革命。采用现场总线技术可以促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，符合工业控制系统领域的技术发展趋势。
参考文献: 1阳宪惠. 现场总线技术及其应用. 北京，清华大学出版社.