宣钢大型烧结机控制系统RIO网络应用研究

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【摘要】在宣钢1#360 M2大型烧结机电控系统RIO网络升级优化中，我们通过对网络工作环境认知和阶段性处理的研究应用、通过UNITY程序参数的精细设置改善硬件网络适配性研究应用、通过网络干扰的快速侦测技术的研究应用和远程RIO网络实施光纤总线自愈环形结构选型改造的研究应用，成功解决和排除了RIO网络的干扰问题，使RIO网络结构更趋合理，系统响应时间迅速，自动化运行率达到99.7%，为烧结矿的品质和产量提高打下了夯实的基础。

【关键词】RIO；烧结机；QUANTUM；PLC

概述

宣钢1#、2#360m2烧结机的原料准备系统、破碎系统，整粒筛分系统为共用系统，均由一期自动化系统控制，360m2烧结机一期自控系统选型为法国施耐德公司的昆腾QUANTUM系列产品，网络通讯协议为S908，使用的通讯介质为同轴电缆RG11和RG6型，一期自控系统投用使用以后曾多次出现网络波动现象，在检查后发现在原料变电和配料变电之间、配料变电至整粒变电之间的电缆距离过长，约合1400米，且所带从站过多达到23个远程RIO分站，PLC和电气设备同处一个变电所，电气设备和现场的干扰源电磁干扰强烈，极易造成网络的不稳定。360m2二期烧结机投用后，各种电器设备比一期增加近一倍，仅配料变电室一二期变频器总计为56台套，低压柜有30多面，电磁干扰强度大增，加剧了PLC控制柜通讯CRP和CRA模件双网报错的频率。RIO通讯网络故障频发，是威胁生产稳定的最大隐患，一旦通讯中断，将中断整条烧结生产线，并影响下游1#和2#高炉正常稳定生产，造成巨大的经济效益损失，只有将控制系统网络尽快改造，才能保证360m2烧结机的正常生产。

一、改造前网络状况

原系统主CPU与远程站rio之间通讯协议采用S908，施耐德专有通讯协议，全程通过施耐德专用同轴电缆RG6和RG11型作为通讯介质，这两种同轴电缆都是标准305米，而实际在360烧结机原料、配料、整粒、主控变电室之间距离都较远，均在350-450M左右，且有大量的变频器设备，干扰源较多，施工中间在站间用分支器对2截同轴电缆都做了接头，更加大了通讯数值在同轴电缆的信号衰减。

二、RIO网络环境因素的不断认知和阶段性处理

我技术维护人员通过较长时期的对网络环境因素的不断认知和排查处理，切断干扰源以保证自控系统的运行。

①为了抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰，各个机柜接专用地线，并且接地点要与其它设备分开。同时，对所有远程I/O控制机柜进行测试均小于1.5欧姆，符合要求，基本排除了因该问题导致网络波动的可能性。

②施耐德要求整个网络的衰减不能超过35 Db，为保证阻抗匹配我们在A＼B主干缆所有开放的分站和终端安装使用了75Ω终端电阻。

③PLC自控系统最终目是实现对现场设备监视和控制，通过对开关量输出，模拟量输入/出信号进行逐一检查，确保所有模拟量信号都经过信号隔离模块进行信号净化处理，所有开关量信号都经过继电器进行有效隔离。

④根据当时网络的具体现状，特别针对波动最剧烈的整粒筛分部分，对整粒部分网络连接更换新的分支器（MA-0185-100 B），并将原有整粒站内主网络连接同轴电缆单层屏蔽RG6型，更换为双层屏蔽RG11型，并将整个网络进行街头清扫、紧固、重新安装等，更换过程中对原有小于2.5米的站间缆更换为大于3米延长RG11缆，以减小 RIO 分站适配器中产生误差。

三、RIO网络改造方案设计

本次网络优化改造前，我方人员通过同施耐德总部技术人员交流，现场环境的重复勘测、确认，决定使用光纤作为传输介质代替原有的同轴电缆。先期通过搭建临时光纤，组成了由主控控制室到整粒控制室的实验光纤网络，进行了4个方案的测试，最终决定实施光纤环网的网络拓扑图，将原有长距离（即站与站之间）的同轴电缆更换为光纤，通过光纤中继器（490NRP95400），进行数据转换，并在每个变电站的最后一个I/O分站后加装终端电阻。将原总线传输结构，增加两条新线路，即整粒变电站至主控控制室之间，更改为环形网络传输结构，这样即使中间某一个设备或线路出现故障，其他变电站依旧可以保证正常通讯。

四、UNITY软件的配置和调试

A.使用 Unity Pro 进行配置和编程

Unity Pro IP网络硬件配置参数添加应用于远程RIO机架中的光纤中继器（140490 NRP95400），设置勾选 RSTP 项，默认值为0，需要修改设置值为4096，它便可响应带有冗余接线的网络，以便在发生通讯中断（例如，电缆断损或设备无法操作）时，远程 I/O 通讯能够自动找到备用路径。此方法不需要您手动启用或禁用通讯路径。在热备系统中， RSTP 桥接器优先级适用于A网。如果随意更改此参数可能会影响子环路诊断、I/O 确定性和A/B网络切换恢复时间。

B.S908总线的自启动

加载光纤中继器（140490NRP95400）后，当CPU启动或者停止循环扫描时，S908协议有时会有不启动现象，表现为侦测不到全部远程RIO或者部分RIO站可被扫描运行。解决此问题还需要作如下改动：在程序MAST任务中对S908控制字输出第9字第2位在CPU启动的初100毫秒进行复位0，100毫秒后置位为1。

五、网络干扰的快速侦测技术

A.在热备系统程序中我们通过诊断 140 CRP932 00 模块 DDT 中的 REDUNDANCY_STATUS位来监控远程 I/O主环路中的中断，并做趋势记录，系统会检测到至少持续了3 以上的主环路电缆断开并在此位中报告。在 REDUNDANCY_STATUS 位中：0：电缆断开或设备已停止；1：回路存在且运行正常。

B.显式和隐式消息传送：140 CRP 932 00模块会使用通过各个光纤中继器（140490 NRP95400）的显式消息从网络上的140 CRA 932 00模块或设备获取诊断信息。此诊断信息会记录于C盘log文件，用于施耐德工程师的研判诊断，显式消息会寻址到DRS以获取和显示诊断信息。

六、总结

宣钢1#360 M2大型烧结机电控系统改造优化完成至今，自动化运行率达到99.7%，使宣钢大型烧结机稳定运行，实现宣钢设备大型化、集约化，为烧结矿的品质和产量提高打下了夯实的基础。