ABB MASTER系统在轧钢自控系统中的应用及维护

关键字：ABB Master系统 系统过载 “09”故障

一、 概述

　　莱钢轧钢厂中小型车间是莱钢利用亚洲银行贷款进行改扩建的重点项目之一，主要成品为螺纹钢、圆钢、角钢、槽钢、弹簧扁钢。整个车间的主体设备从加热炉、轧线、冷床、码垛到成品输出全部从意大利DANIELI公司引进，生产线工艺流程如图1所示。

图 1

二、 ABB Master 系统硬件配置

　　整个车间自动化系统为二级控制系统，即设备控制级和信息管理级，设备控制级即一级系统为RMC200轧线控制系统，采用ABB Master Piece系统，由10套ABB Master Piece200/1过程站、3套Master Piece90过程站、和3台Advant Station 500系列操作站、1台VT340监控站及2台MasterAid220编程器构成。各过程站之间的网络通讯采用Master Bus 300（简称MB300），通过加热炉的过程站与二级信息管理级进行通讯。硬件配置入图2所示，CP1为加热炉控制室，CP2为轧线控制室，CP3为冷床控制室，CP4为码垛及成品控制室。

图 2

三、 通讯及软件实现

　　ABB Master Piece200中央单元是一高性能32位微处理器。系统软件存储在EPROM中，包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言（AMPL）执行器。应用软件存储在带后备电池的RWM（读/写存储器）中，用ABB Master Piece语言AMPL编写，这种语言功能强大，是具有图形说明的面向过程的功能块语言，由PC元素和DB元素组成：PC元素包括5个结构元素和若干功能元素和特殊元素，每个功能元素能看作一个具有输入输出的结构单元，简单的如逻辑与（AND）、或（OR），复杂的可实现一完整的PID调节器，它们组合起来来实现一复杂的控制过程。DB元素提供了各种各样的数据存储单元：开关量信号（DI、DO）、模拟量信号（AI、AO）、DAT元素、DS元素等等。

　　每一个MP200/1过程站通过一个DSCS140通讯板连接到MB300网络上,通过MB300网络进行数据交换，通讯板上可以设定地址开关，据此来确定该节点在网络上的位置。对于MP200/1与打捆机MP90的通讯,通过RMC7系统中的通讯板DSCS131连接至MODEM,打捆机上也分别装一MODEM和通讯板DSCS131，由MODEM来实现远程通讯。在加热炉RMC1的MP200/1系统中，通过DSCS150板与二级计算机系统IBM Netifinity 5000 服务器通讯，二者通过GCOM网络进行数据交换。下面以RMC2为例，简介过程站内部、过程站之间怎样实现通讯，以完成其预定的控制功能。

　　RMC2实际上包括三套PLC：RMC2、RMC52、RMC62，RMC2主要完成的控制功能有：轧制程序表的设定及存储、炉前装料设备控制（包括热送和装冷坯两种情况）、炉前钢坯测长与称重、加热炉出口设备控制、粗轧机主传动控制、粗轧机微张力控制、6#剪子控制;RMC52主要完成的控制功能有：中轧机控制（包括速度级联、速度给定、跟踪）、轧线模拟轧钢测试、中轧机组的活套扫描器控制;RMC62主要完成的控制功能有：精轧机控制（包括速度级联、速度给定、跟踪）、精轧机组的活套扫描器控制。RMC2、RMC52、RMC62三者既需独立完成分配给自己的控制功能，又环环相扣，互相联锁制约着，若中轧机组的活套扫描器控制中有差错，轧钢控制系统无法正常运行，6#剪子立即碎断，防止轧线堆钢，同时，加热炉停止出钢，直至故障解除。

　　在数据传送时，既可通过组态系统数据库中DB元素DS（Data Set），实现过程战间的数据通讯，也可通过PC元素中特殊元素PCC-RD和PCC-WR实现“点对点”的通讯。在DS元素中，定义好“SEND”或“RECEIVE”特性端，确定其通讯性质，还要定义好其发送/接收数据的另一节点的网络号和节点号。对于发送/接收的数据，在DS元素的输入端REF1—REF24定义，在一个DS中允许自由混合开关量DAT元素、整数、长整数、实数，只需保证发送端和接收端的DS具有一致的描述。DS可看作一个简单的邮箱机制，对于每一个DS来说，邮件按一个方向流动并送往唯一目的地。“点对点”的通讯方式实现过程是：在发送端使用PCC-WD将需要发送的信号连接到该元素的输入端，并给该元素一个唯一编号。在接收端，从PCC-RD的输出端读出接收的信号（PCC-RD的唯一编号必须与PCC-WD的相同）。PC元素所包含的布尔值（B）、整数（I）、长整数（IL）、实数（R）等各种数据类型的最大数量在建立PC元素时确定，并且相对应的一对PCC-RD和PCC-WD的各种数据类型的最大数量必须相同，发送端的PCC-WD的数量必须与接收端的PCC-RD的数量一致。

四、 系统频发故障及处理

　　根据中小型车间半小时以上设备、事故的统计情况及生产记录，可以看出2001年MP5、MP6不运行故障和“09”故障频出，“09”故障是PLC自检到系统过载后的报警,主要是硬件方面存在问题,包括I/O板和通讯板。RMC5若发生“09”故障，程序检测到后将自动锁定程序，必然导致MP5不运行;MP5不运行是现场某些设备故障或跳电使控制系统不能正常运行，但MP5不运行，不一定会导致“09”故障。各个PLC在规定的执行时间内，需逐一完成对数据库、程序的扫描及相互的数据传送，还有对系统中各硬件本身自检等等，这个扫描时间是经过反复调试后确定好的最佳时间;太小，则PLC系统负载大，易发生“09”故障;太大，则系统利用率低，造成能源的极大浪费。

　　针对MP5、MP6不运行故障和“09”故障，对各控制柜清扫灰尘（包括I/O板、通讯板、CPU等）并修改RMC5的PC1——-PC10程序的控制模块CONTRM（C1,C2,C3）中参数C1，将程序的扫描执行时间由200ms加大至400ms，在线观测系统负载，系统负荷率主线由80%降为60%。

五、 总结

　　（1）增加对程序扫描时间，变相缩小了工作任务，可降低系统负载，在一定程度上避免了“09”故障发生;但对于RMC5，从正式投产至今，程序并未增加，相反，由于某些设备不用，其相应的控制程序均被封锁（例如SD18、SD12、SC18）。也就是说，其自身的系统负载应比以前有所下降。据从ABB公司查询的有关“09”问题的反馈信息，系统负载率主线在80%——-85%波动属于正常现象，若大于85%，则系统负载过高，易出现“09”故障，小于80%，对于这样的工业实时控制系统，则系统利用率降低，造成资源浪费。所以说，RMC5“09”故障，关键还是与硬件方面有关。

　　（2）用CCL4清洗CPU管脚和通讯板管脚后，CPU系统负载率趋于稳定，波动较之以前减少，可以推测：CPU及通讯板的管脚老化对RMC5系统负载率增大有着最直接的影响。

　　（3）与家用的计算机一样，如果电压不稳或电压过低，计算机极易死机。因此，对于长期高负荷运转的工控系统，其CPU及各模板针脚插槽处被高温而氧化的可能性也大大提高，从而导致接触不良，电压下降，那么对于原来的负荷，CPU工作能力下降，即原来正常的工作任务，这时也有可能执行不了，即相对负荷率增大，造成系统不能正常工作。

　　因此，对PLC柜吹灰、插拔模板及用CCL4清洗管脚，都使线路恢复畅通，降低“09”故障发生率。

参考文献：

1 <<COMMUNICATION DIAGRAM OF ABB INDUSTRIAL SYSTEMS>>
2 << CIRCUIT OF ABB INDUSTRIAL SYSTEMS>>