遠(yuǎn)程1/0技術(shù)在安鋼一煉軋除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

當(dāng)前,國(guó)家環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻,政策要求日趨嚴(yán)格,2029年C月,生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)重污染天氣應(yīng)對(duì)夯實(shí)應(yīng)急 減排措施的指導(dǎo)意見》,對(duì)鋼鐵、焦化等25個(gè)行業(yè)實(shí)行8、B、p三級(jí)績(jī)效分級(jí),明確只有8級(jí)企業(yè)才可自主減排。 在嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下,我廠所處區(qū)域位置敏感,集團(tuán)號(hào)召我廠逐步完善環(huán)保系統(tǒng)。遠(yuǎn)程1/0是相對(duì)于傳統(tǒng)集中式1/0而言的,以前的控制方式都是控制器直接帶1/0設(shè)備,也就是說 1/0設(shè)備常常離控制室很近,比如放在控制室內(nèi)。后來提出的分布式1/0設(shè)備,即將傳統(tǒng)的控制方式分散化,將1/0設(shè)備放到現(xiàn)場(chǎng),通過現(xiàn)場(chǎng)總線采集信號(hào)并傳遞控制命令。 我廠的除塵系統(tǒng)主控部分設(shè)置在廠房之外,而許多除塵閥門 及移動(dòng)罩卻在不同的生產(chǎn)車間,離控制中心有數(shù)百米距離。而采用遠(yuǎn)程1/0技術(shù)能夠降低人工成本,提高自動(dòng)化程度,為后期ApD系統(tǒng)的建立創(chuàng)造條件。

I/o網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

本次除塵系統(tǒng)建設(shè)包括兩個(gè)老系統(tǒng)ps、p4,兩個(gè)新系 統(tǒng)p2、p2。 其中p2為電爐車間廠房除塵系統(tǒng),p2為23L#爐及板坯連鑄機(jī)除塵系統(tǒng),ps為轉(zhuǎn)爐車間廠房除塵系統(tǒng),p4 為23L#爐及方坯連鑄機(jī)除塵系統(tǒng)。除塵系統(tǒng)還需與生產(chǎn)設(shè)備主體發(fā)生必要通信,故必須將網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為復(fù)雜的分布式 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳拍軡M足要求。

主網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

第一煉軋廠除塵系統(tǒng)主要服務(wù)于兩套冶煉系統(tǒng)、兩臺(tái)連鑄機(jī)及一條軋鋼生產(chǎn)線。 其中轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中的主要自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成為西門子D7-400系列,電爐系統(tǒng)主要為羅克韋爾8B-2756 系列, 方坯連鑄機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)主要是西門子D7-s00系列,板坯連鑄系統(tǒng)主要是早期的西門子D5系列,軋鋼系統(tǒng)則是PpD7架構(gòu)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,相互之間交換數(shù)據(jù)難度較大。 一煉軋主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖2 所示。

I/o環(huán)網(wǎng)構(gòu)建

PLp之間通信、PLp與1/0通信、PLp與外圍設(shè)備通信由獨(dú)立網(wǎng)卡完成。 現(xiàn)場(chǎng)總線采用可靠的光纖環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 p2、p2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖1 一煉軋主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

圖2 C1、C2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:

(2）鏈路自動(dòng)冗余備份,能自動(dòng)協(xié)商到達(dá)最近節(jié)點(diǎn)的路徑,如果一處線路損壞,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲匦屡渲?達(dá)到正常網(wǎng) 絡(luò)狀態(tài)只需50ms。

(2）具有較高的帶寬,環(huán)網(wǎng)傳輸帶寬為100Mb/s,同時(shí)采用新的多數(shù)據(jù)處理技術(shù),使得網(wǎng)絡(luò)在重負(fù)荷情況下仍能 保持很高的帶寬。

(s）可靠性高,環(huán)型結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)仍能自行重構(gòu),保證系統(tǒng)安全可靠,同時(shí)傳輸光纖對(duì)電磁和射頻干 擾具有抑制能力,在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影 響,也不影響其他設(shè)備。 由于光纖傳輸?shù)氖枪庑盘?hào),兩端的電源相對(duì)隔離,所以有效消除了光纖兩端電源和地線對(duì)設(shè) 備可能造成的嚴(yán)重威脅。

圖爾克技術(shù)

作為傳感器、現(xiàn)場(chǎng)總線、接插件、接口技術(shù)及人機(jī)界面（HM1)和RF1D系統(tǒng)領(lǐng)域的專家,圖爾克為工廠及過程自動(dòng)化提供高效的解決方案。 圖爾克憑借先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備,可以快速而靈活地應(yīng)對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)需求。 因此,選擇使用其中的BL67模塊化現(xiàn)場(chǎng)總線1/O系統(tǒng)。

BL67系列產(chǎn)品是為實(shí)現(xiàn)1P67解決方案而專門設(shè)計(jì),不必再將產(chǎn)品安裝于隔離的機(jī)柜內(nèi)。BL67采用開放式、模塊化設(shè)計(jì),充分體現(xiàn)了可靈活擴(kuò)展的特點(diǎn)。BL67網(wǎng)關(guān)使得1/O模塊獨(dú)立于所使用的總線類型,支持PROF1NET、Ethernet/1P、ModbusTCP、PROF1BUs-DP、CANopen和DeviceNetTM等協(xié)議。 BL67系列電子模塊支持熱插拔,方便在運(yùn)行過程中更換模塊。該網(wǎng)關(guān)支持?jǐn)?shù)字量、模擬量、溫度、Rs232、ss1、 CANopen接口等。 通過選擇不同的底板可選擇M8、M12、M23或7/8"連接器,形式多種多樣,為復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)提供了設(shè)計(jì)選型上的便利。

西門子PR0FINETI/0

在以西門子自動(dòng)化設(shè)備為主的除塵系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程1/O可以兩種方式組態(tài)。 第一種方式以Modbus TCP通信協(xié)議將遠(yuǎn)程1/O站組態(tài)至winCC當(dāng)中,第二種方式可將遠(yuǎn)程1/O站組態(tài)至西門子自動(dòng)化系統(tǒng)中作為PROF1NET 1/O站存在。為了實(shí)現(xiàn)這一功能,選用了圖爾克公司的BL67-Gw-EN 網(wǎng)關(guān)。 該網(wǎng)關(guān)具備1P67 的防護(hù)等級(jí), 多協(xié)議支持, 如Modbus TCP、EtherNet/1P和PROF1NET。

羅克韋爾ABEthernet/IPI/0

在以羅克韋爾AB自動(dòng)化設(shè)備為主的除塵系統(tǒng)中, BL67-Gw-EN網(wǎng)關(guān)能夠支持羅克韋爾AB的EtherNet/1P,并且此款網(wǎng)關(guān)支持EtherNet/1P的網(wǎng)絡(luò)快速連接（faststartup) 功能。 在羅克韋爾AB的ControlLogix系統(tǒng)下進(jìn)行組態(tài)與刪除并不用重啟系統(tǒng),這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試來說提供了很大的 便利。

遠(yuǎn)程I/0技術(shù)與傳統(tǒng)方式對(duì)比

遠(yuǎn)程1/O系統(tǒng)與傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制相比,具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力,抗干擾、易診斷,施工成本低,具有較強(qiáng)的功能擴(kuò)展空間。

可靠性對(duì)比

采用圖爾克的BL67系列產(chǎn)品,對(duì)環(huán)境溫度來講可以達(dá) 到-40～70 ℃,其防護(hù)等級(jí)達(dá)到1P67防塵防水,在一般的惡劣環(huán)境下都能夠適應(yīng)。 由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的1/O信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)距離集中控制中心較遠(yuǎn),不但電纜用量很大,而且路徑周邊 環(huán)境復(fù)雜,在較長(zhǎng)的信號(hào)傳輸過程中非常容易受到現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng) 電的電磁干擾,嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行。 采用遠(yuǎn)程1/O技術(shù),各種信號(hào)可接入就近的1/O站點(diǎn),由1/O遠(yuǎn)程站通過光纜直接將信號(hào)傳輸至集中控制中心,完全避免了線路中的強(qiáng)電磁 干擾。 遠(yuǎn)程1/O為以太網(wǎng)數(shù)字化傳輸,擁有系統(tǒng)自診斷功能及較強(qiáng)的組態(tài)能力,運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單方便,為將來功能擴(kuò)展 提供了便利。

經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

對(duì)于PLC系統(tǒng)來說,集中控制與分散1/O控制,在信號(hào) 通道點(diǎn)數(shù)確定的情況下設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用并無太大差別。 但傳統(tǒng)方案需要的電纜數(shù)量巨大,每個(gè)信號(hào)需要2芯2.5mm2信號(hào)電纜,然而遠(yuǎn)程1/O技術(shù)只需要一根光纜及相應(yīng)的光電交換機(jī)即可,所需電纜可忽略不計(jì)。 傳統(tǒng)方案信號(hào)線路徑中的橋架管線以及相關(guān)的土建施工等費(fèi)用更是無法估量, 距離越長(zhǎng),站點(diǎn)越多,采用遠(yuǎn)程1/O技術(shù)節(jié)約的資金量越大,綜合經(jīng)濟(jì)效應(yīng)顯著。

功能性對(duì)比

工業(yè)級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)總線必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)范 類型23:CC-Link1E規(guī)范》（GB/T33537.1～ 3一2027),因此在國(guó)標(biāo)下構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)總線,只要符合該標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品,都能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)提供支持,從而可以 將不同廠商的自動(dòng)化系統(tǒng)集成在一個(gè)總線控制系統(tǒng)中,結(jié) 合不同廠家的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、執(zhí)行效率及穩(wěn)定性。

現(xiàn)場(chǎng)總線方式對(duì)于施工及土建要求極低,完全可以消 除因?yàn)?/O信號(hào)電纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)、環(huán)境較差而產(chǎn)生的信息孤島,甚至可以采用一些較為穩(wěn)定的工業(yè)無線技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò) 展系統(tǒng)。

結(jié)語

一煉軋除塵系統(tǒng)中應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線方案及圖爾克BL67的高防護(hù)等級(jí)遠(yuǎn)程技術(shù),能明顯降低工程造價(jià),節(jié)約 投資,提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與自動(dòng)化水平,減少大量土 建施工,加快工程進(jìn)度,并有效節(jié)約整個(gè)系統(tǒng)的整體聯(lián)動(dòng) 調(diào)試時(shí)間,對(duì)整個(gè)基建工程有著實(shí)質(zhì)性的意義。 遠(yuǎn)程1/O技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性、可靠性及功能擴(kuò)展方面皆有出色表現(xiàn),必將成為自動(dòng)化建設(shè)的主流。