本文介紹了TCP/IP工業以太網技術燒結機自動控制系統中的應用，及自動控制系統的組成、特點和功能。

安鋼400m²燒結機自動控制系統是基於TCP/IP工業以太網技術實現了對燒結生產過程自動控制、監控及管理。該系統投產以來，運行一直很平穩，成功向安鋼2800m³高爐提供優質燒結礦。

TCP/IP工業以太網

工業以太網是指其在技術上與商用以太網（IEEE802.3標準）兼容，但材質的選用、產品的強度和適用性方面應能滿足工業現場的需要，即在環境適應性、可靠性、安全性和安裝使用方面滿足工業現場的需要。

與專門為工業控制而開發的現場總線相比，工業以太網技術的優點表現在：以太網技術應用廣泛，為所有的編程語言所支持；軟硬件資源豐富；易於與Internet連接，實現辦公自動化網絡與工業控制網絡的無縫連接；可持續發展的空間大等等。

1、工業以太網的特點

1）通信的確定性

工業控制網絡必須滿足對實時性的要求，即信號傳輸要速度快，確定性好。採用星型網絡拓撲結構，交換機將網絡劃分為若干個網段。交換機之間通過主幹網絡進行連接，交換機可對網絡上傳輸的數據進行過濾，使每個網段內節點間的數據傳輸只在本地網段內進行，而不需經過主幹網，從而本地數據傳輸不佔其它網段的帶寬，降低了所有網段和主幹網的網絡負荷。

最後，採用全雙工通信方式。在一個用5類雙絞線（光纜）連接的全雙工交換式以太網中，其中一對線用來發送數據，另一對線用來接收數據，這樣交換式全雙工以太網消除了衝突的可能，使Ethernet通信確定性和實時性大大提高。

2）可靠性和安全性

在實際應用中，主幹網一般採用光纖傳輸，現場設備的連接則可採用屏蔽雙絞線，對重要的網段還可採用冗餘網絡技術，這樣大大提高了網絡的抗干擾能力和可靠性。另外，實現了與Internet的無縫集成，實現了工廠信息的垂直集成。

3）統一的應用層協議（互操作性）

互操作性是指連接在同一網絡上不同廠家的設備之間，通過統一的應用層協議可以進行通信與互用，性能類似的設備可以實現互換。

TCP/IP工業以太網在安鋼400m²燒結機自動控制系統的應用

1、安鋼400m²燒結機自動控制系統要求

該自動控制系統實現了對整個燒結機生產設備的聯鎖控制，實時數據的採集與分析，過程與設備狀態的監控與報警，過程趨勢數據的採集與處理，報表打印，畫面顯示。完成了生產設備的基礎自動化及過程計算機控制。燒結工藝對自動系統的主要要求有以下幾點：

• 自動控制系統可實現配混系統、燒冷系統、成品篩分系統、主抽風系統、主粉塵系統及電除塵卸灰系統的邏輯順序控制。
• 自動控制系統對主抽風機、點火爐、混合機加水等生產工藝的數據採集處理及迴路控制。
• 全廠輔助設備在主控室的監控，如除塵設備、加油設備。

2、現場控制級

全廠共設計了6個配電室（燃料配電室、配料配電室、機尾配電室、成品配電室，主電氣樓、主抽電氣室）控制了全廠的電氣儀表設備。控制系統輸入、輸出點共3000於點。

根據工藝要求和設備就近配置的原則，控制系統共設5個PLC主站分別為：配料站（配料配電室）、燒結電氣站（主電氣樓）、燒結儀表站（主電氣樓）、燃料站（燃料配電室）、主抽站（主抽電氣室）。5個主站下帶分站20個，分別在本配電室、機尾配電室、成品配電室分佈。中間用RG6電纜進行連接。

主站選用施耐德電氣公司的QUANTUM 140系列PLC。主站和分站之間通過RIO(遠程I/O)進行通信。變頻器通過MB+電纜掛在主站PLC上，通過主站PLC對其進行控制。

3、環網傳輸級

各個PLC站、上位監控機、工程師站之間採用環路光纖的TCP/IP工業以太網連接，構成了燒結生產的綜合監控網絡。

採用環網技術，光纖從第一臺交換機出發，最後返回第一臺交換機在網絡路徑上形成閉合，並保證網絡傳輸速度為100MBPS，正常的時候，網絡數據逆時針旋轉，當網絡由於某種原因發生故障，此時環網自動斷裂，形成線性網絡，它依然能夠保證網絡的所有特性，不影響任何工作，直到網絡修復。當網絡修復後，它還支持熱癒合，可無級恢復故障。就好像沒有故障發生一樣。

環網用6個赫斯曼網絡交換機進行連接，分別放於6個配電室內，方便各主站PLC、輔助設備接入綜合監控網絡。

主交換機選用赫斯曼MACH4002 48+4G-L3E。它具有4個千兆COMBO端口和16個100M電口，支持環網冗餘功能。通過軟件可以設定其中2個口為冗餘功能。主交換機放於工程師站，方便操作室監控機和其連接，也便於工程師管理和維護。 其餘交換機選用赫斯曼MICE MS20系列，配備2個光口，6個電口。安放在各配電室方便需要聯網設備的連接。系統網絡配置簡圖如圖1。

圖1

主站PLC通過以太網模塊140 NOE 77101接入主網。輔助設備採用TWIDO系列帶以太網接口型號(TWDLCAE40DRF) 的PLC接入主網。除塵高壓設備由於採用單片機控制，只有RS485串口通信接口，為了使其接入主網通過MOX RS485串口轉以太網模塊NPORT 5430 接入主網。

各站PLC設備設定IP地址如下：

• 配料儀表PLC站 192.168.1.11
• 配料電氣PLC站 192.168.1.12
• 燒結儀表PLC站 192.168.1.13
• 燒結電氣PLC站 192.168.1.14
• 主抽風PLC站 192.168.1.15
• 除塵器高壓站 192.168.1.19 192.168.1.20
• 除塵PLC 192.168.1.39 192.168.1.40
• 主抽觸摸屏 192.168.1.31 192.168.1.32
• 甘油站PLC站 192.168.1.23

這樣各監控微機和工程師站就可以通過工業以太網對以上站點進行訪問了。

4、管理級

監控系統（操作站）集中設置在電氣樓中央控制室。上位監控機通過上位監視畫面（HMI）採用施耐德公司的citect 6.01監控軟件，實現生產過程工藝流程及各參數的採集顯示、報警、迴路控制畫面，歷史數據存儲及趨勢圖，報表等監控功能。

兩臺服務器互相冗餘。為操作員有效操作燒結過程創造有利條件。工程師站配備兩臺上位機，通過以太網對下位程序編輯、改動、上傳和下載，大大提高了工作效率。

除塵和潤滑監控機也在電氣樓中央控制室。其通過IFIX 3.5監控軟件，對其設備進行監視控制。

（本文選編自《電氣技術》，原文標題為“TCP/IP工業以太網技術在燒結機自動控制系統中的應用”，作者為常青海、孫憲偉等。）

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關鍵字: 軟件 控制系統 設計