網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在銅帶軋機(jī)電氣控制中的應(yīng)用

張 琳

(中鋁上海銅業(yè)有限公司,上海 200940)

0 前 言

某國有銅加工企業(yè),主要生產(chǎn)銅及銅合金板帶、壓延銅箔.產(chǎn)品主要應(yīng)用在信息技術(shù)制造業(yè),比如印刷電路板的框架材料.由于部分設(shè)備為上世紀(jì)90年代進(jìn)口,所以目前性能趨于老化,尤其是電氣控制部分,這給設(shè)備維護(hù)帶來了較大困難,也直接影響了產(chǎn)品性能及產(chǎn)量.鑒于此,公司邀請(qǐng)北京ABB工程技術(shù)公司對(duì)十二輥可逆式冷軋機(jī)進(jìn)行了傳動(dòng)與控制部分的電氣改造.改造后,軋機(jī)維護(hù)方便,生產(chǎn)能力提高.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,正是這次成功改造的基礎(chǔ),給后續(xù)設(shè)備的改造提供了范例.

1 設(shè) 備

十二輥可逆式冷軋機(jī)是1992年全套引進(jìn)德國弗洛林公司的設(shè)備,主要軋制黃銅及紫銅帶卷產(chǎn)品.成品寬度為300～660 mm,厚度為0.05～1.20 mm,最高軋制速度為600 m/s.

電氣控制系統(tǒng)由傳動(dòng)控制、過程控制、厚度控制和軋制油循環(huán)冷卻控制四部分組成.每個(gè)部分各有一套或多套PLC控制系統(tǒng)組成.本次改造就是針對(duì)傳動(dòng)控制和過程控制的技術(shù)升級(jí).下文所闡述的電氣控制系統(tǒng)均指這兩套系統(tǒng).

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖1(a)是軋機(jī)改造前的電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu).過程控制系統(tǒng)由兩套ABB DP800系統(tǒng)與一套ABB研發(fā)的卷取計(jì)算系統(tǒng)(MKS)組成.傳動(dòng)系統(tǒng)的五臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)各由一套ABB PAE系統(tǒng)控制.厚度控制系統(tǒng)(AGC)與軋制油循環(huán)冷卻系統(tǒng)(Filter)各由一套西門子S5系統(tǒng)控制.所有子系統(tǒng)之間均采用掛中間繼電器的硬接線形式進(jìn)行聯(lián)接.從圖1中可以看到,整個(gè)系統(tǒng)的線路是非常復(fù)雜的.這給設(shè)備維護(hù)人員排查故障帶來很大的不便,直接影響設(shè)備的產(chǎn)能.

圖1(b)是軋機(jī)改造后的電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu).改造后的新一代PLC控制器AC800M,并由此組建了一個(gè)工業(yè)控制以太網(wǎng)絡(luò).圖中實(shí)線部分是由各控制器、工程師站和過程操作面板之間通過以太網(wǎng)連接起來的工業(yè)網(wǎng)絡(luò).傳動(dòng)部分由PLC直接控制直流調(diào)速裝置DCS600組成.虛線部分就是由PLC、DCS600通過光纖分配器NDBU-95組成的一個(gè)光纖傳動(dòng)網(wǎng)絡(luò).整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程清晰,易于操作、便于維護(hù).

圖1 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 The electrical control system

3 網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的介紹與應(yīng)用

3.1 MMS協(xié)議

3.1.1 MMS協(xié)議簡(jiǎn)介

MMS制造報(bào)文規(guī)范是一個(gè)ISO9506標(biāo)準(zhǔn),表示不同的網(wǎng)絡(luò)類型和連接設(shè)備都可以用相同的處理方式進(jìn)行通信.協(xié)議定義了控制器(如PLC)之間、工程站點(diǎn)與控制器之間的通信信息的傳輸.它的開發(fā)主要應(yīng)用于工業(yè),如工業(yè)過程控制、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域.

MMS標(biāo)準(zhǔn)即ISO/IEC9506,由ISO TC184和IEHC共同負(fù)責(zé)管理.ISO9506由多個(gè)部分組成,其中ISO/IEC 9506-1、ISO/IEC 9506-2是基本標(biāo)準(zhǔn).除了基本標(biāo)準(zhǔn)之外,還有可用于專門領(lǐng)域的配套標(biāo)準(zhǔn)[2],如：ISO/IEC 9506-3,適用于工業(yè)機(jī)器人;ISO/IEC 9506-4,適用于工業(yè)數(shù)字控制;ISO/IEC 9506-5,適用于可編程控制器;ISO/IEC 9506-6,適用于工業(yè)過程控制.

3.1.2 MMS服務(wù)

MMS應(yīng)用在七層協(xié)議的應(yīng)用層.其服務(wù)包括如下方面:

(1)下載應(yīng)用程序,比如從工程站點(diǎn)下載到PLC;

(2)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)建立、刪除、運(yùn)行和停止程序;

(3)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)置不同的系統(tǒng)讀寫變量;

(4)在遠(yuǎn)程系統(tǒng)里獲取關(guān)于應(yīng)用執(zhí)行的信息以及故障信息;

(5)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的文檔讀寫;

(6)處理報(bào)警信息;

(7)獲取遠(yuǎn)程系統(tǒng)的相關(guān)信息,比如系統(tǒng)版本、模式.

總之,MMS服務(wù)在工程站點(diǎn)、OPC服務(wù)器、控制器之間的作用類似一個(gè)多路轉(zhuǎn)換器[1].

3.1.3 配置

控制網(wǎng)絡(luò)通過工程站點(diǎn)項(xiàng)目瀏覽器進(jìn)行配置.在當(dāng)前的項(xiàng)目瀏覽器里設(shè)置通信端口.關(guān)于控制器的配置,還有一個(gè)冗余網(wǎng)絡(luò)的使用,根據(jù)協(xié)議Redundant Network Routing Protocol (RNRP)進(jìn)行連接.

3.1.4 示例

結(jié)合本臺(tái)軋機(jī)的應(yīng)用,來了解一下MMS在控制網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)應(yīng)用.本例是將PLC_1里的控制變量Y11_word_01傳送給PLC_2.

圖2為兩個(gè)支持控制器PLC_1、PLC_2,各自應(yīng)用中的程序通過MMS傳遞信息.

圖2 通訊鏈路示例圖Fig.2 The diagram of the communication links

(1)控制器以太網(wǎng)端口設(shè)置

在項(xiàng)目瀏覽器里打開硬件樹,在里找到要設(shè)置的控制器.打開,在處理器單元里對(duì)進(jìn)行設(shè)置.主要是設(shè)置控制器的IP地址和子網(wǎng)掩碼.PLC_1的IP設(shè)為172.16.0.1,子網(wǎng)掩碼為255.255.252.0.PLC_2的IP設(shè)為172.16.0.2,子網(wǎng)掩碼為255.255.252.0.

(2)變量在中的定義

主要是標(biāo)識(shí)變量Y11_word_01的源路徑.定義變量的數(shù)據(jù)類型和屬性.

通過以上兩步,一個(gè)名為Y11_word_01的變量,已經(jīng)可以發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上,等待被另一個(gè)控制器讀取.

(3)PLC_2讀取變量

在PLC_2里定義部分變量.主要為變量Id,數(shù)據(jù)類型Comm_Channel_MMS;變量Partner,定義發(fā)送變量的源地址,此處即為PLC_1的IP地址172.16.0.1;變量VariableName01,定義接收的變量名,此例為Y11_word_01.變量Rd01,定義所要接收變量的數(shù)據(jù)類型.

定義完變量,在PLC_2的程序中使用功能塊MMSConnect和MMSReadCyc，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)變量Y11_word_01的讀取.

3.2 DriveBus協(xié)議

3.2.1 簡(jiǎn)介

ABB公司推出的DriveBus協(xié)議主要應(yīng)用在ABB的傳動(dòng)設(shè)備、特殊I/O單元與一個(gè)連接有CI858通信接口模塊的AC800M控制器之間的通訊網(wǎng)絡(luò)上.可以使這些單元循環(huán)地同時(shí)進(jìn)行一組數(shù)據(jù)(輸入/輸出)的交換.

DriveBus通信協(xié)議應(yīng)用在組合傳動(dòng)上.它支持DDCS(Distributed Drives Communication System)協(xié)議;支持CI858通信接口單元;采用抗干擾性能好、能拓展網(wǎng)絡(luò)物理距離的光纖作為傳輸介質(zhì).

3.2.2 服務(wù)

協(xié)議的服務(wù)主要涉及傳動(dòng)與控制器之間的數(shù)據(jù)通信;傳動(dòng)單元輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)循環(huán)交換(以組的形式產(chǎn)生);特殊I/O單元的數(shù)據(jù)循環(huán)交換.

3.2.3 特點(diǎn)

DriveBus協(xié)議有如下特點(diǎn):

(1)支持不同類型的傳動(dòng)裝置和特殊I/O單元.例如:直流調(diào)速系統(tǒng)DCS400、DCS500、DCS600,交流變頻系統(tǒng)ACS400、ACS600、ACS800、ACS1000;

(2)傳動(dòng)裝置內(nèi)部時(shí)間與日歷同步.方便記錄歷史事件;

(3)使用AC800M方便地對(duì)傳動(dòng)或特殊I/O單元進(jìn)行設(shè)置;

(4)自診斷功能.當(dāng)進(jìn)行了錯(cuò)誤的設(shè)置,系統(tǒng)會(huì)有提示,提醒操作者;

(5)不需要外加適配器.

3.2.4 配置

以本臺(tái)軋機(jī)為例,要實(shí)現(xiàn)控制器與傳動(dòng)之間的通信需要進(jìn)行如下設(shè)置.

對(duì)于傳動(dòng)DCS600來說:

(1)使用專用傳動(dòng)軟件設(shè)置;

(2)定義參數(shù)組(90…93)的參數(shù)(僅對(duì)需要的變量).

對(duì)于控制器來說:

(1)在硬件組中添加傳動(dòng)單元;

(2)定義參數(shù);

(3)連接變量;

(4)下載程序到控制器(AC800M).

3.2.5 示例

用開卷機(jī)點(diǎn)動(dòng)操作,來說明控制器PLC_1與調(diào)速器DCS600的通訊連接.

(1)對(duì)DCS600的設(shè)置

利用DriveWindow軟件對(duì)DCS600進(jìn)行相關(guān)設(shè)置.軟件中規(guī)定了參數(shù)08.01是調(diào)速器主狀態(tài)字,參數(shù)07.01是對(duì)調(diào)速器的主控制字.根據(jù)示例任務(wù),給DCS600的主狀態(tài)字定義一個(gè)數(shù)據(jù)組Dataset.比如定義參數(shù)組92中,第一個(gè)參數(shù)92.01賦予主狀態(tài)字參數(shù)08.01.對(duì)參數(shù)組90的第一個(gè)參數(shù)90.01賦予主控制字參數(shù)07.01.

(2)對(duì)控制器AC800M的設(shè)置

在項(xiàng)目瀏覽器里打開硬件樹,在里找到要設(shè)置的控制器.打開,在模塊內(nèi)的下新建傳動(dòng)單元.設(shè)置它的一些主要參數(shù),比如傳動(dòng)單元類型,數(shù)據(jù)組優(yōu)先級(jí).

在程序里聲明兩個(gè)變量,分別賦予主狀態(tài)字和主控制字的值.程序里變量D21G11_MAIN_STATUS_WORD賦主狀態(tài)字值,即參數(shù)08.01值,變量D21G11_MAIN_CTRL_WORD賦主控制字值,即參數(shù)07.01值.

至此,將程序下載到控制器中,DriveBus通信將自動(dòng)建立.圖3是信息流程圖.

圖3 通信數(shù)據(jù)流Fig.3 The data flow

AC800M為可編程邏輯控制器;CI為CI858通訊模塊;PP245為過程控制面板;NDBU_95為光纖分配器;DCS600為直流調(diào)速系統(tǒng).值得一提的是每個(gè)連接到CI858接口的傳動(dòng)單元,都可以定義8對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)組.最大傳輸率達(dá)到8對(duì)數(shù)據(jù)組/ms.

4 結(jié)束語

通過對(duì)MMS和DriveBus兩個(gè)通信協(xié)議在銅帶軋機(jī)改造中的應(yīng)用介紹,有理由相信,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐上可帶來效率的提高和效益的增加.

參考文獻(xiàn):

[1] 任雁銘,操豐梅,秦立軍,等.MMS技術(shù)及其在電力系統(tǒng)通信協(xié)議中的應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2000(19):66-69.