于鴻銀

(沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽 110001)

空壓站的成套設(shè)備種類較多,并且在設(shè)計(jì)和采購階段通訊模塊品牌選擇很難完全保持統(tǒng)一。Rockwell PLC等主流控制系統(tǒng)與一些小眾品牌PLC進(jìn)行通訊時(shí)會(huì)遇到硬件不匹配、通訊協(xié)議不兼容等問題,不但需要花費(fèi)更高的成本進(jìn)行硬件更新迭代,還需要進(jìn)行繁瑣的協(xié)議轉(zhuǎn)換以及輪詢程序的編寫,加大了調(diào)試成本。即便通訊成功,運(yùn)行期也會(huì)出現(xiàn)故障率增高、傳輸延遲等情況,所以選擇一款主流且兼容性強(qiáng)的第三方通訊工具,已成為通訊成功的關(guān)鍵。為了解決以上問題,本文介紹了某工程采用Prosoft網(wǎng)關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)參數(shù)通訊,經(jīng)過近5年投產(chǎn)運(yùn)行,通訊快速穩(wěn)定有效,能夠?qū)ξ磥砥渌娊怃X工程建設(shè)起到借鑒意義。

1 空壓站系統(tǒng)描述

電解鋁廠的空壓站要為電解車間、陽極組裝等大部分車間提供壓縮空氣,所以空壓站設(shè)備的運(yùn)行特性對整個(gè)工廠的正常生產(chǎn)和能耗都有著非常重要的影響[1]。

空壓站主要設(shè)備包括自潔式空氣過濾器、空壓機(jī)、余熱再生干燥器、除塵過濾器、儲(chǔ)氣罐及廢油收集箱?？諝饨?jīng)過自潔式空氣過濾器過濾掉所含的灰塵后進(jìn)入離心式空氣壓縮機(jī),經(jīng)過三級壓縮后產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)入余熱再生干燥、除塵過濾器處理,處理后的干燥、潔凈的壓縮空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐,經(jīng)壓縮空氣管道輸送至用戶。其中空壓機(jī)的各級油水分離器、后冷卻器和儲(chǔ)氣罐等設(shè)備中所排出的油和水分經(jīng)廢油收集箱收集?？諝鈮嚎s機(jī)和余熱再生干燥器的冷卻介質(zhì)為冷卻水。因此,設(shè)置了空壓站循環(huán)水系統(tǒng)。

2 空壓站控制系統(tǒng)配置

某電解鋁工程中,在空壓站內(nèi)設(shè)置公輔中心控制室配置一對相互冗余的Rockwell 1756-L73控制器,以實(shí)現(xiàn)該區(qū)域的自動(dòng)化控制。該車間設(shè)置了一個(gè)工程師站,可對下位機(jī)程序進(jìn)行組態(tài)。同時(shí)通過觸摸屏和工程師站上位機(jī),可實(shí)時(shí)監(jiān)控各區(qū)域流程界面、設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置及歷史趨勢等。

全廠控制采用雙網(wǎng)絡(luò)Network A和Network B(以下簡稱為“AB網(wǎng)”),AB網(wǎng)在物理上完全隔離。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)掉線情況時(shí),可以自動(dòng)切換到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)?？諌赫究刂葡到y(tǒng)的匯聚層交換機(jī)接至AB網(wǎng),與集控中心的核心交換機(jī)通訊,實(shí)現(xiàn)了廠區(qū)級的集中控制,并為接入管控系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

空壓站內(nèi)各個(gè)成套設(shè)備及遠(yuǎn)程站點(diǎn)均需要接入主控制系統(tǒng),其中干燥機(jī)和過濾機(jī)均自帶Rockwell PLC,可通過以太網(wǎng)接入空壓站控制室交換機(jī)?？諌赫狙h(huán)水、大修車間循環(huán)水分別設(shè)置遠(yuǎn)程控制機(jī)柜,并通過以太網(wǎng)接入空壓站控制室形成區(qū)域環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。空壓站區(qū)域控制中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

車間內(nèi)搭載Rockwell PLC的設(shè)備,均可以通過IP地址索引方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)信息的讀取,繼而滿足廠區(qū)內(nèi)大部分成套設(shè)備的通訊需求?？諌簷C(jī)作為該區(qū)域最重要的設(shè)備,是為電解廠區(qū)大部分車間提供氣源動(dòng)力的核心裝置,可謂電解鋁廠必不可少的設(shè)備[2]。連續(xù)穩(wěn)定的氣源依托于空壓機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行,所以保障空壓機(jī)正常使用,對于設(shè)備參數(shù)的集中監(jiān)控就成了關(guān)鍵。但是空壓機(jī)自帶的PLC為其他品牌,主控制器Rockwell PLC無法通過IP地址索引的方式獲取空壓機(jī)的生產(chǎn)參數(shù)及數(shù)據(jù),所以采用何種方式進(jìn)行空壓機(jī)參數(shù)的通訊成為了亟待解決的問題。

3 空壓機(jī)通訊配置

3.1 Prosoft 網(wǎng)關(guān)通訊特點(diǎn)

為了解決上述問題,本項(xiàng)目空壓站控制系統(tǒng)引入了Prosoft網(wǎng)關(guān)技術(shù),采用MV156-PDPMV1模塊作為第三方通訊模塊,可作為Rockwell PLC的強(qiáng)大通信接口,該模塊能夠與Rockwell PLC完美兼容,可集成到Rockwell PLC的卡件背板上,這時(shí)可以把它看作是一個(gè)普通的IO模塊,能夠在Profibus-DP通訊協(xié)議下與Rockwell PLC進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)交換,模塊通過自身的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)主從站之間的數(shù)據(jù)交換。

MV156-PDPMV1模塊支持完整的Profibus-DP主站規(guī)格,符合IEC61158標(biāo)準(zhǔn)。非循環(huán)參數(shù)數(shù)據(jù)可通過DPV1服務(wù)進(jìn)行傳輸,從而使PLC處理器通過該模塊與支持Profibus-DP V0/V1協(xié)議的從站設(shè)備輕松實(shí)現(xiàn)通信。該模塊在Profibus網(wǎng)絡(luò)和Rockwell PLC之間完成協(xié)議轉(zhuǎn)化和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候,被視為系統(tǒng)本身的輸入/輸出模塊。PLC處理器的數(shù)據(jù)傳輸與Profibus網(wǎng)絡(luò)上的I/O數(shù)據(jù)傳輸異步。

3.2 Prosoft網(wǎng)關(guān)通訊技術(shù)配置

在本項(xiàng)目中,Rockwell PLC作為主站,現(xiàn)場5臺(tái)空壓機(jī)串接至廠家自帶的Elektronikon Mk5網(wǎng)關(guān)模塊作為從站,可通過MV156-PDPMV1模塊的RJ45 Ethernet通訊端口與Elektronikon Mk5網(wǎng)關(guān)模塊端口相連接,實(shí)現(xiàn)Rockwell PLC與現(xiàn)場5臺(tái)空壓機(jī)的通訊。

通訊組態(tài)配置可通過MV156-PDPMV1模塊自帶的軟件Prosoft Configuration Builder(PCB)進(jìn)行,在該軟件添加 MVI56-PDPMV1 模塊進(jìn)行 Profibus 總線的設(shè)置,首先在默認(rèn)模塊中選擇MV156-PDPMV1,其次對Profibus DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)配置,即在該界面設(shè)置波特率和Profibus DP地址等信息,然后將空壓機(jī)Elektronikon Mk5網(wǎng)關(guān)模塊的GSD文件進(jìn)行導(dǎo)入備份,最后對Profibus DP進(jìn)行主從站配置。將MVl56-PDPMVl 模塊作為主站,空壓機(jī)Elektronikon Mk5網(wǎng)關(guān)模塊作為從站,并分別設(shè)置相應(yīng)的主從站地址。圖2圖3分別為Rockwell PLC和MV156-PDPMV1模塊的通訊配置界面。

圖2 Rockwell PLC通訊配置界面

圖3 MV156-PDPMV1模塊通訊配置界面

該通訊模式主要是通過MVI56inputDataBlock和MVI56OutputDataBlock這兩個(gè)數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)的,這兩個(gè)數(shù)據(jù)塊(輸入數(shù)據(jù)塊和輸出數(shù)據(jù)塊)構(gòu)成了一個(gè)整體的數(shù)據(jù)架構(gòu),從站設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送到輸入數(shù)據(jù)緩存區(qū);輸出緩存區(qū)將數(shù)據(jù)寫到從站設(shè)備;MVI56-PDPMV1模塊將配置信息和狀態(tài)信息傳送到Rockwell PLC,Rockwell PLC給MVI56-PDPMV1模塊發(fā)送接收指令并獲取響應(yīng)信息,數(shù)據(jù)交換模式如圖4所示。

圖4 主從站數(shù)據(jù)傳輸模式

4 結(jié) 語

針對空壓機(jī)的設(shè)備特性,Prosoft網(wǎng)關(guān)技術(shù)在滿足傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的工藝流程、生產(chǎn)參數(shù)、歷史趨勢、報(bào)警事件以及綜合報(bào)表等功能的同時(shí),具有更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力以及高級標(biāo)簽的應(yīng)用,通過這兩大功能可實(shí)現(xiàn)不同品牌PLC的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。

本項(xiàng)目采用Prosoft網(wǎng)關(guān)技術(shù)進(jìn)行空壓機(jī)參數(shù)通訊實(shí)踐之后,軟件編寫量相比以往冗長的輪詢程序大幅度較低,僅調(diào)用輸入/輸出等數(shù)據(jù)塊即可完成?；贛V156-PDPMV1模塊的硬件特性,數(shù)據(jù)傳輸刷新速率提高,數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠,系統(tǒng)故障率也隨之降低。基于該技術(shù)的空壓站系統(tǒng)成功投運(yùn)5年,反饋系統(tǒng)可靠穩(wěn)定,多年的實(shí)踐效果驗(yàn)證了其有效性,也為這種通訊模式積累了成熟的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。其實(shí)不僅僅限于PLC,只要是Prosoft網(wǎng)關(guān)支持的通信驅(qū)動(dòng)的PLC、儀表、傳感器等,都可實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)化產(chǎn)品之間的無縫銜接,這也是今后該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的方向。