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      現(xiàn)場(chǎng)總線在銅閃速冶煉中的應(yīng)用

      2020-11-06 03:30:09朱壯志
      關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)總線

      朱壯志

      【摘要】 銅冶煉閃速爐鍋爐區(qū)域環(huán)境惡劣,溫度高、含有腐蝕性氣體和導(dǎo)電粉塵,使用傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已不能滿足鍋爐振打裝置的使用要求,采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不僅完美的解決了這一問(wèn)題,還節(jié)省了投資。

      關(guān)鍵詞:工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線、振打系統(tǒng)

      現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)生于二十世紀(jì)八十年代后期,是針對(duì)當(dāng)時(shí)DCS系統(tǒng)開(kāi)放性差且布線復(fù)雜、費(fèi)用高的缺陷而開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種適用于工業(yè)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,并實(shí)現(xiàn)傳感器、控制器層的通訊①。一般把現(xiàn)場(chǎng)總線理解為一根電纜,其實(shí)從定義上可見(jiàn),更確切的說(shuō)法應(yīng)該是一種現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。它直接面向生產(chǎn)過(guò)程,一般只包括ISO/OSI 7層模型中的3層:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層?,F(xiàn)場(chǎng)總線的接線方式簡(jiǎn)單,一對(duì)雙絞線或一根電纜可以掛接多個(gè)設(shè)備,因此節(jié)省了大量的電纜、電纜橋架和附件、接線端子等,同時(shí)也減少了安裝調(diào)試的工作量和費(fèi)用②?,F(xiàn)場(chǎng)總線還具有提高系統(tǒng)精度和自診斷能力、抗干擾能力強(qiáng)、開(kāi)放性好、智能化和功能自治性、新型全分布式結(jié)構(gòu)等特點(diǎn),在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越廣。本文淺談了現(xiàn)場(chǎng)總線在銅閃速冶煉余熱鍋爐振打系統(tǒng)中的應(yīng)用。

      1工藝、環(huán)境簡(jiǎn)介

      某公司的余熱鍋爐是把閃速爐冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的大量的熱量利用起來(lái)產(chǎn)生飽和蒸汽,達(dá)到循環(huán)利用、節(jié)能降耗的目的。振打裝置則是給余熱鍋爐定期循環(huán)除垢的設(shè)備。隨著公司的擴(kuò)建,需要新增一臺(tái)余熱鍋爐和改造現(xiàn)有的振打裝置。

      余熱鍋爐周邊的環(huán)境十分惡劣:

      (1)所有設(shè)備都是露天安裝;

      (2)鍋爐熱輻射使環(huán)境溫度較高,最高可達(dá)到60多攝氏度;

      (3)空氣中含有少量的SO2、SO3等腐蝕性氣體;

      (4)有導(dǎo)電性的粉塵;

      (5)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái),荷載有限,難以承受新增電纜;

      (6)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝狀況復(fù)雜,各種電纜及用電設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的交叉干擾。

      這些都是傳統(tǒng)控制方式難以克服的困難。

      設(shè)備分散在鍋爐各層,同時(shí)局部相對(duì)集中,非常適合用現(xiàn)場(chǎng)總線。

      2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型及特點(diǎn)

      現(xiàn)有的余熱鍋爐控制系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的控制方式:美國(guó)AB公司的PLC5/40位于中控室內(nèi),輸入、輸出信號(hào)通過(guò)控制電纜敷設(shè)至中控室,僅控制電纜敷設(shè)就有上百根。

      這次改造相關(guān)的振打設(shè)備有172臺(tái),每臺(tái)設(shè)備需要4個(gè)DI和1個(gè)DO,點(diǎn)數(shù)多且相對(duì)比較集中,從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上綜合比較,最終選用了圖爾克公司的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品。

      2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

      雖然信號(hào)數(shù)量比較多,但考慮到所有的信號(hào)都是開(kāi)關(guān)量,設(shè)備也是按照規(guī)律順序動(dòng)作,現(xiàn)有的PLC5/40完全能滿足要求,而且DeviceNet是一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)公司還有PLC5備件,所以繼續(xù)保留了現(xiàn)有的PLC5。DeviceNet掃描器則選擇了雙口的1771-SDN。

      上位機(jī)采用AB公司RsView32軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)畫面組態(tài),實(shí)現(xiàn)整個(gè)鍋爐振打系統(tǒng)的集中控制、故障報(bào)警、報(bào)表打印等功能。上位機(jī)通過(guò)DH+網(wǎng)與PLC相連,通過(guò)以太網(wǎng)與上層系統(tǒng)相連。

      現(xiàn)場(chǎng)總線采用Turck公司的EDS組態(tài)軟件對(duì)總線模塊進(jìn)行組態(tài)編程。

      整個(gè)系統(tǒng)分三條網(wǎng)絡(luò),總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是線性結(jié)構(gòu)加短分支結(jié)構(gòu)。

      1、2兩條網(wǎng)絡(luò)的每臺(tái)振打設(shè)備全為4點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入,1點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出。第3條網(wǎng)絡(luò)振打設(shè)備為3點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入,1點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出。網(wǎng)絡(luò)1控制66個(gè)振打設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)2控制66個(gè)振打設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)3控制40個(gè)振打設(shè)備,每條網(wǎng)直接連接到CPU后面的掃描卡上,考慮到第3條網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)度較長(zhǎng),通過(guò)加中繼器來(lái)延長(zhǎng)總線傳輸距離,每增加1個(gè)中繼器,DeviceNet網(wǎng)絡(luò)最多延伸400米,DeviceNet通訊速率超過(guò)400米距離是125kbps。

      總線模塊有點(diǎn)保護(hù)和組保護(hù)兩種,采用了“點(diǎn)保護(hù)”方式。這樣各模板上的點(diǎn)相互獨(dú)立,不會(huì)因?yàn)槠渌c(diǎn)的故障而導(dǎo)致多個(gè)系統(tǒng)的停止運(yùn)行,符合了生產(chǎn)的需要。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分布不是絕對(duì)平均,選擇固定I/O點(diǎn)數(shù)的模塊將導(dǎo)致大量的浪費(fèi),按現(xiàn)場(chǎng)絕對(duì)情況選擇又會(huì)導(dǎo)致模塊種類較多,增加備件費(fèi)用和數(shù)量,所以最終選擇了可編程自定義輸入輸出點(diǎn)的16點(diǎn)模塊,采用全灌封技術(shù),擁有良好的抗拉伸、振動(dòng)、防水和抗電磁干擾能力,工作溫度可以達(dá)到70℃防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67,其擁有較強(qiáng)的故障自診斷能力,可以針對(duì)每個(gè)輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行診斷和保護(hù),實(shí)時(shí)LED顯示使設(shè)備維護(hù)人員能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和排除故障,使非專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)成為可能。

      16點(diǎn)的圖爾克FDNP-XSG16-TT這一款型模塊可以同時(shí)控制三臺(tái)振打設(shè)備,一個(gè)控制箱內(nèi)只放一個(gè)模塊。因現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)個(gè)模塊控制一臺(tái)電機(jī)的情況僅為三處,現(xiàn)場(chǎng)振打設(shè)備一臺(tái)、二臺(tái)、三臺(tái)全部選用一個(gè)模塊進(jìn)行控制,每個(gè)模塊都有備用點(diǎn),當(dāng)輸入或輸出點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí),可以將該點(diǎn)移到模塊的另一個(gè)通道上,同時(shí)在軟件中將地址更改即可。每個(gè)模塊通過(guò)總線T型頭將整條網(wǎng)絡(luò)并聯(lián),就可以在更換模塊時(shí)不影響網(wǎng)絡(luò)中其它模塊的正常運(yùn)行;由于網(wǎng)絡(luò)距離較長(zhǎng),為防止壓降,集中使用西門子電源給總線供電,每隔5個(gè)模塊一個(gè)電源。

      2.2 系統(tǒng)的特點(diǎn)

      由于生產(chǎn)的特殊性,電氣控制系統(tǒng)采用分散式控制方式。分現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)與上位機(jī)中央控制系統(tǒng)兩大部份。現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)與中央控制系統(tǒng)通過(guò)DH+網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換(通訊)。傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)通常是將所有控制設(shè)備的信號(hào)通過(guò)電纜采用硬接線連接至中央控制室PLC I/O模塊上,通過(guò)CPU再對(duì)I/O模塊上輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行尋址訪問(wèn)。由于采用的是電纜硬接線,加之電纜敷設(shè)距離長(zhǎng)且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣,這樣,控制系統(tǒng)的可靠性勢(shì)必會(huì)大大降低,就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)故障并產(chǎn)生誤動(dòng)作。如果出現(xiàn)故障,現(xiàn)場(chǎng)人員很難發(fā)現(xiàn)故障的產(chǎn)生地點(diǎn),而要找出故障原因、地點(diǎn)勢(shì)必又會(huì)增加檢維護(hù)人員的工作量。而且控制系統(tǒng)在安裝調(diào)試時(shí)電纜校驗(yàn)的工作量非常大。現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)是將現(xiàn)場(chǎng)所有信號(hào)就近接至安裝在現(xiàn)場(chǎng)的總線輸入/輸出模塊上,通過(guò)總線產(chǎn)品如T型分支器、電源分配器及總線附件等用總線電纜將它們連接起來(lái),最后只有一根通訊電纜敷設(shè)至中央控制室PLC的掃描器模塊上,節(jié)省了大量的電纜。由于采用的是現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù),其網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)適合于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與更高控制管理層通訊的要求;設(shè)計(jì)、施工及安裝調(diào)試周期可相應(yīng)縮短。現(xiàn)場(chǎng)總線輸入/輸出模塊可安裝在生產(chǎn)線本體上,其自身具有很強(qiáng)的故障自診斷能力,每個(gè)模塊的通訊故障、供電故障以及模塊的每個(gè)輸入/輸出點(diǎn)的短路(斷路)故障都可以在模塊上實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。即減輕了維修人員的工作量又使系統(tǒng)的可靠性大大提高。以上所述就是現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)與傳統(tǒng)控制在設(shè)計(jì)應(yīng)用中的最大不同。

      設(shè)計(jì)采用上位機(jī)替代傳統(tǒng)模擬屏在中央控制室對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制、管理??梢詫?shí)現(xiàn):a)實(shí)時(shí)畫面監(jiān)視,通過(guò)多級(jí)畫面和圖表相結(jié)合的方式,分層次描述實(shí)時(shí)控制過(guò)程;b)實(shí)時(shí)操作,在畫面監(jiān)視過(guò)程中,通過(guò)對(duì)畫面的干預(yù),可對(duì)整個(gè)控制過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)操作,并能給出適當(dāng)?shù)牟僮髦笇?dǎo);c)信息的存儲(chǔ)與報(bào)告,能對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ),可供決策時(shí)參考。這樣做可使系統(tǒng)具有更高的可靠性、靈活性和適應(yīng)性。

      3? 總結(jié)

      目前,這套系統(tǒng)已運(yùn)行了多年,整套系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠,時(shí)間證明了設(shè)計(jì)選型的正確性。

      這套現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比具有:

      1)投資節(jié)省了30%。

      2)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便,保證了改造總體進(jìn)度。

      3)故障率低,維護(hù)費(fèi)用大幅的減少,維護(hù)、檢修停工時(shí)間減少約70%,保證了鍋爐設(shè)備處于良好運(yùn)行狀態(tài)中。

      4)電源電纜和網(wǎng)絡(luò)電纜分開(kāi),抗干擾能力強(qiáng)。

      5)自動(dòng)診斷、顯示故障位置。使操作、維護(hù)人員可以迅速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各種故障位置和狀態(tài)并排除故障。

      6)開(kāi)放式的總線系統(tǒng),可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來(lái)集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品而被“框死”了使用設(shè)備的選擇范圍,也不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議,接口而一籌莫展。使系統(tǒng)集成過(guò)程中的主動(dòng)權(quán)牢牢掌握在用戶手中。

      由此可見(jiàn),工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式與傳統(tǒng)的控制方式相比在信息集成能力、系統(tǒng)的開(kāi)放性、互換性、控制的可靠性和系統(tǒng)的可維護(hù)性等多個(gè)方面有了很大改善。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式取代傳統(tǒng)離散控制方式是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。

      [參考文獻(xiàn)]

      (1)《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》,陳在平 岳有軍 編著;

      (2)《微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)》課件,張靖 編;

      (3)《微機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用》第四版,武自芳 虞鶴松 王秋才 編著。

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