引言

當(dāng)前,國家環(huán)保形勢嚴(yán)峻,政策要求日趨嚴(yán)格,2019年8月,生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《關(guān)于加強重污染天氣應(yīng)對夯實應(yīng)急減排措施的指導(dǎo)意見》,對鋼鐵、焦化等15個行業(yè)實行A、B、C三級績效分級,明確只有A級企業(yè)才可自主減排。在嚴(yán)峻的環(huán)保形勢下,我廠所處區(qū)域位置敏感,集團號召我廠逐步完善環(huán)保系統(tǒng)。遠程I/O是相對于傳統(tǒng)集中式I/O而言的,以前的控制方式都是控制器直接帶I/O設(shè)備,也就是說I/O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I/O設(shè)備,即將傳統(tǒng)的控制方式分散化,將I/O設(shè)備放到現(xiàn)場,通過現(xiàn)場總線采集信號并傳遞控制命令。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。而采用遠程I/O技術(shù)能夠降低人工成本,提高自動化程度,為后期DCS系統(tǒng)的建立創(chuàng)造條件。

1I/O網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

本次除塵系統(tǒng)建設(shè)包括兩個老系統(tǒng)C3、C4,兩個新系統(tǒng)C2、C2。其中C2為電爐車間廠房除塵系統(tǒng),C2為2#LF爐及板坯連鑄機除塵系統(tǒng),C3為轉(zhuǎn)爐車間廠房除塵系統(tǒng),C4為2#LF爐及方坯連鑄機除塵系統(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)計為復(fù)雜的分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳拍軡M足要求。

1.1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)、兩臺連鑄機及一條軋鋼生產(chǎn)線。其中轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中的主要自動化系統(tǒng)構(gòu)成為西門子s7-400系列,電爐系統(tǒng)主要為羅克韋爾AB-2756系列,方坯連鑄機自動化系統(tǒng)主要是西門子s7-300系列,板坯連鑄系統(tǒng)主要是早期的西門子s5系列,軋鋼系統(tǒng)則是PCs7架構(gòu)的自動化控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場結(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。

1.2I/O環(huán)網(wǎng)構(gòu)建

PLC之間通信、PLC與I/O通信、PLC與外圍設(shè)備通信由獨立網(wǎng)卡完成。現(xiàn)場總線采用可靠的光纖環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。C2、C2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是:

(2）鏈路自動冗余備份,能自動協(xié)商到達最近節(jié)點的路徑,如果一處線路損壞,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲匦屡渲?達到正常網(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I00Mb/s,同時采用新的多數(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。

(3）可靠性高,環(huán)型結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時仍能自行重構(gòu),保證系統(tǒng)安全可靠,同時傳輸光纖對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?兩端的電源相對隔離,所以有效消除了光纖兩端電源和地線對設(shè)備可能造成的嚴(yán)重威脅。

2圖爾克技術(shù)

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

BL67系列產(chǎn)品是為實現(xiàn)IP67解決方案而專門設(shè)計,不必再將產(chǎn)品安裝于隔離的機柜內(nèi)。BL67采用開放式、模塊化設(shè)計,充分體現(xiàn)了可靈活擴展的特點。BL67網(wǎng)關(guān)使得I/O模塊獨立于所使用的總線類型,支持PROFINET、Ethernet/IP、MOdbusTCP、PROFIBUs-DP、CANOpen和DeviceNetTM等協(xié)議。BL67系列電子模塊支持熱插拔,方便在運行過程中更換模塊。該網(wǎng)關(guān)支持?jǐn)?shù)字量、模擬量、溫度、Rs232、ssI、CANOpen接口等。通過選擇不同的底板可選擇M8、MI2、M23或7/8"連接器,形式多種多樣,為復(fù)雜現(xiàn)場提供了設(shè)計選型上的便利。

2.1西門子PROFINEFI/O

在以西門子自動化設(shè)備為主的除塵系統(tǒng)中現(xiàn)場遠程I/O可以兩種方式組態(tài)。第一種方式以MOdbus TCP通信協(xié)議將遠程I/O站組態(tài)至WinCC當(dāng)中,第二種方式可將遠程I/O站組態(tài)至西門子自動化系統(tǒng)中作為PROFINETI/O站存在。為了實現(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IP67的防護等級,多協(xié)議支持,如Modbus TCP、EtherNet/IP和PROFINET。

2.2羅克韋爾AB Ethernet/IP I/O

在以羅克韋爾AB自動化設(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/IP,并且此款網(wǎng)關(guān)支持EtherNet/IP的網(wǎng)絡(luò)快速連接(faststartup）功能。在羅克韋爾AB的COntrOlLOgix系統(tǒng)下進行組態(tài)與刪除并不用重啟系統(tǒng),這對于現(xiàn)場的調(diào)試來說提供了很大的便利。

3遠程F/R技術(shù)與傳統(tǒng)方式對比

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

3.1可靠性對比

采用圖爾克的BL67系列產(chǎn)品,對環(huán)境溫度來講可以達到-40～70℃,其防護等級達到IP67防塵防水,在一般的惡劣環(huán)境下都能夠適應(yīng)。由于現(xiàn)場設(shè)備的I/O信號檢測點距離集中控制中心較遠,不但電纜用量很大,而且路徑周邊環(huán)境復(fù)雜,在較長的信號傳輸過程中非常容易受到現(xiàn)場強電的電磁干擾,嚴(yán)重影響系統(tǒng)運行。采用遠程I/O技術(shù),各種信號可接入就近的I/O站點,由I/O遠程站通過光纜直接將信號傳輸至集中控制中心,完全避免了線路中的強電磁干擾。遠程I/O為以太網(wǎng)數(shù)字化傳輸,擁有系統(tǒng)自診斷功能及較強的組態(tài)能力,運行維護簡單方便,為將來功能擴展提供了便利。

3.2經(jīng)濟性對比

對于PLC系統(tǒng)來說,集中控制與分散I/O控制,在信號通道點數(shù)確定的情況下設(shè)備采購費用并無太大差別。但傳統(tǒng)方案需要的電纜數(shù)量巨大,每個信號需要2芯2.5mm2信號電纜,然而遠程I/O技術(shù)只需要一根光纜及相應(yīng)的光電交換機即可,所需電纜可忽略不計。傳統(tǒng)方案信號線路徑中的橋架管線以及相關(guān)的土建施工等費用更是無法估量,距離越長,站點越多,采用遠程I/O技術(shù)節(jié)約的資金量越大,綜合經(jīng)濟效應(yīng)顯著。

3.3功能性對比

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

現(xiàn)場總線方式對于施工及土建要求極低,完全可以消除因為I/O信號電纜長度較長、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)進一步擴展系統(tǒng)。

4結(jié)語

一煉軋除塵系統(tǒng)中應(yīng)用的現(xiàn)場總線方案及圖爾克BL67的高防護等級遠程技術(shù),能明顯降低工程造價,節(jié)約投資,提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與自動化水平,減少大量土建施工,加快工程進度,并有效節(jié)約整個系統(tǒng)的整體聯(lián)動調(diào)試時間,對整個基建工程有著實質(zhì)性的意義。遠程I/O技術(shù)在經(jīng)濟性、可靠性及功能擴展方面皆有出色表現(xiàn),必將成為自動化建設(shè)的主流。