ABB控制系統(tǒng)在大口徑無(wú)縫不銹鋼管生產(chǎn)線中的應(yīng)用

介紹了ABB公司的AC450系列集散控制系統(tǒng)在大口徑無(wú)縫不銹鋼管生產(chǎn)線中的應(yīng)用，著重描敘了系統(tǒng)配置和控制功能，以及ABB的MB300和AF100總線在系統(tǒng)中的應(yīng)用。

在目前我國(guó)大口徑無(wú)縫不銹鋼管生產(chǎn)中，其生產(chǎn)線系統(tǒng)均采用了ABB公司的AC450（Advant Controller 450）集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋼管生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)控制。

1系統(tǒng)組成

控制設(shè)備基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)采用ABB公司Advant OCS（Open Control System）開放集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和各種通信組成，通信包括現(xiàn)場(chǎng)總線，局域網(wǎng)和大型網(wǎng)，通過(guò)相互組合形成功能強(qiáng)大的自動(dòng)化系統(tǒng)，本文介紹的控制系統(tǒng)采用AC450為過(guò)程站。AC450是ABB公司推出的大型邏輯調(diào)節(jié)控制器，它以Motorola68040微處理器為核心，具有8～16Mbyte的動(dòng)態(tài)RAM的控制器，最多可以擴(kuò)展到5700個(gè)模擬和數(shù)字V O點(diǎn)。AC450配置的本地VO模板為S100/O系列，安放在相應(yīng)的I/O機(jī)架上，每個(gè)機(jī)架有21個(gè)槽，經(jīng)過(guò)總線擴(kuò)展可達(dá)到5個(gè)VO機(jī)架。根據(jù)型號(hào)不同，每個(gè)S100VO模板有4~32個(gè)通道；遠(yuǎn)程I/O為S800l/0，通過(guò)AF100（Advant Fieldbus 100）可以最大擴(kuò)展到8個(gè)遠(yuǎn)程I/O站。在Advant OCS集散控制系統(tǒng)中，控制網(wǎng)絡(luò)的通信部分主要由MB300和AF100兩種高速總線組成：

MB300是一個(gè)高性能，串行同步，半雙工的大數(shù)據(jù)量的高速總線，用來(lái)連接控制器之間和控制器到工廠網(wǎng)絡(luò)之間的通信。

物理上采用多段同軸電纜來(lái)連接，協(xié)議上采用IEEE802.2邏輯鏈路控制（LLC）協(xié)議和IEEE802.3帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路存?。?/span>CSMA/CD）的介質(zhì)存取控制（MAC）協(xié)議，屬于Ethernet型局域網(wǎng)，總線可帶載體5個(gè)節(jié)點(diǎn)，在不使用中繼器時(shí)，最大節(jié)點(diǎn)通信距離為500m，在使用3個(gè)同軸段，4個(gè)中繼器和2個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路時(shí)通信節(jié)點(diǎn)最大為2500m，總線傳輸速率為10Mbps。

AF100是用來(lái)連接ABB控制器，遠(yuǎn)程S800l/O站以及ABB所生產(chǎn)和開發(fā)的其他控制產(chǎn)品的高性能現(xiàn)場(chǎng)總線，它主要用來(lái)傳送AC450控制器和AF100上各站點(diǎn)之間的過(guò)程數(shù)據(jù)和消息：過(guò)程數(shù)據(jù)包括監(jiān)視和控制過(guò)程所需要的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，消息則是包括參數(shù)，程序運(yùn)行情況和診斷信息。在物理上AF100可以通過(guò)雙絞線，同軸電纜或者光纖來(lái)連接，在采用雙絞線情況下，最大通信距離可以達(dá)到750m，采用光纖，可以達(dá)到1700m。

系統(tǒng)控制軟件采用AMPL語(yǔ)言（ABB MasterPiece Lan-guage）編程，該語(yǔ)言是ABB過(guò)程控制器的專用開發(fā)語(yǔ)言，它根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同工藝控制要求，將編程元素設(shè)計(jì)成帶輸入和輸出管腳的圖形功能塊，稱為PC元素，同一程序內(nèi)的數(shù)據(jù)傳遞和通信只要將一個(gè)PC元素的輸入和輸出連接到目標(biāo)PC元素的輸入和輸出（連接兩端為同類型數(shù)據(jù)），或者連接到過(guò)程I/O點(diǎn)，完成一個(gè)完整的控制功能。同時(shí)，AMPL的模塊化設(shè)計(jì)功能保證程序結(jié)構(gòu)呈階梯狀，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。

在CPU中還有一個(gè)重要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)稱為DB（Data Base），PC程序通過(guò)DB來(lái)和控制過(guò)程交換數(shù)據(jù)，DB中間的數(shù)據(jù)可以直接被控制器、操作員站或其他通信程序訪問(wèn)，DB中間還包括了例如所使用的I/O機(jī)架模板地址，通信網(wǎng)絡(luò)等方面的硬件信息及程序中產(chǎn)生的其它實(shí)時(shí)信息，一般編制程序前首先要定義好DB。

2工藝流程

大口徑無(wú)縫不銹鋼管的生產(chǎn)通常分為以下五個(gè)主要部分，如圖1所示。

在該系統(tǒng)中，主要控制穿孔區(qū)、芯棒連軋和定徑區(qū)三個(gè)部分，其余兩個(gè)部分由第三方機(jī)械商控制，通過(guò)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行接口。整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)定義如下：網(wǎng)絡(luò)號(hào)為11，各個(gè)節(jié)點(diǎn)定義如下：穿孔區(qū)為CPU11和CPU12：限動(dòng)芯棒連軋區(qū)為CPU21、CPU22、CPU23和CPU24：定徑區(qū)為CPU31、CPU32和CPU33，一共9個(gè)AC450過(guò)程站控制。

3現(xiàn)場(chǎng)控制站實(shí)現(xiàn)的功能

在穿孔區(qū)，主要功能為將加熱到預(yù)定溫度的鋼管坯穿孔，控制對(duì)象包括出口輥道1，2，3（三段），穿孔機(jī)入口段傳送鏈，穿孔機(jī)入口推進(jìn)器，穿孔機(jī)機(jī)架，限動(dòng)架，出口段輥道等，該區(qū)采用了2個(gè)AC450控制：CPU11完成穿孔機(jī)的入口段傳送輥道，主電機(jī)，導(dǎo)盤，及主機(jī)架的控制（包括驅(qū)動(dòng)接口，邏輯和順序控制，位置控制，速度控制）：CPU12完成穿孔機(jī)出口段的限動(dòng)，機(jī)械抓料小車的控制和軋制計(jì)劃處理，物料跟蹤，錯(cuò)誤信息處理，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)記錄，和二級(jí)計(jì)算機(jī)接口的控制。

在限動(dòng)芯棒連軋區(qū)，控制對(duì)象包括旋轉(zhuǎn)臂，芯棒循環(huán)輥道，冷卻站1，冷卻站2，潤(rùn)滑滾道，潤(rùn)滑站，潤(rùn)滑站前傳送鏈，潤(rùn)滑站后傳送鏈，芯棒限動(dòng)架，芯棒軋機(jī)機(jī)架，芯棒脫管機(jī)架等。該區(qū)采用了4個(gè)AC450控制：CPU21完成入口段輥道，芯棒支撐的電機(jī)和脫管機(jī)的出口輥道控制，物料跟蹤，軋制計(jì)劃表，數(shù)據(jù)采集：CPU22完成芯棒循環(huán)部分的控制：CPU23完成液壓控制系統(tǒng)系統(tǒng)（HCCS）的接口和上級(jí)工藝模型管理計(jì)算機(jī)（PSS）的接口控制：CPU24完成芯棒軋機(jī)的電機(jī)和脫管機(jī)架電機(jī)的控制，包括速度控制和沖擊補(bǔ)償。

在定徑區(qū)，控制對(duì)象包括：定徑機(jī)，入口傳送輥道，入口段，出口段，冷床輥道和一些附屬設(shè)備，該區(qū)采用了3個(gè)AC450控制：CPU31完成定徑機(jī)的入口段，附屬設(shè)備的控制：CPU32完成主機(jī)架，出口段和冷床輥道的控制，同時(shí)包括物料跟蹤，數(shù)據(jù)采集和上級(jí)管理計(jì)算機(jī)的通信：CPU33完成定徑區(qū)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制，包括參考速度和沖擊補(bǔ)償給定。

圖2給出該生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于篇幅限制，在圖中主要標(biāo)示出了穿孔區(qū)（CPU11、CPU12）的下級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其余的兩區(qū)的下級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均和穿孔區(qū)類似。

在AC450過(guò)程站節(jié)點(diǎn)上，通過(guò)CI513模板連接到MB300總線上，在各個(gè)區(qū)的MB300總線通過(guò)MB300SWITCH來(lái)實(shí)現(xiàn)級(jí)連，以保證各個(gè)區(qū)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換：通過(guò)Cl522模板連接到AF100總線上，實(shí)現(xiàn)和下級(jí)的S800l/O，AC80傳動(dòng)站及輔助傳動(dòng)點(diǎn)的控制。和脈沖編碼器的Profibus DP通信通過(guò)CI541模板連接到CPU上。通過(guò)Cl546模板實(shí)現(xiàn)和二級(jí)生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)的TCP/IP通信。

在MB300總線上，掛有三個(gè)Connectivity Server計(jì)算機(jī)，該Server上裝有RTA通信接口板，通過(guò)該接口板實(shí)現(xiàn)在MB300上和AC450過(guò)程站之間交換數(shù)據(jù)，每臺(tái)Server連接有一臺(tái)操作員站OS（Operator Station），用于操作員和過(guò)程的通信，OS上安裝了ABB公司的PPA（PROCESS PORTALAP-PLICATION）組態(tài)軟件，該軟件采用VB6.0為核心，內(nèi)置了ABB公司系列產(chǎn)品的組態(tài)控件，用戶只需選擇相應(yīng)的控間在畫面上組態(tài)，然后連接上對(duì)應(yīng)的控制過(guò)程數(shù)據(jù)點(diǎn)即可完成組態(tài)，每個(gè)控件都有豐富的顯示和狀態(tài)報(bào)警等功能，用戶還可根據(jù)需要自己編程出符合要求的控件。OS通過(guò)Connectivity Server和AC450過(guò)程站接收和發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，在OS上可以完成如下功能：①生產(chǎn)線自動(dòng)/手動(dòng)的啟停：②生產(chǎn)線上各項(xiàng)生產(chǎn)，管理數(shù)據(jù)的顯示和設(shè)定，物料跟蹤等；③事件和報(bào)警的顯示和打印。

ES（Engineer Station）通過(guò)MB300總線交換機(jī)連接到MB300控制網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)工程師站實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程組態(tài)，程序編程，調(diào)試，故障跟蹤以及生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化測(cè)試。

AF100總線連接到下級(jí)S800I/O站，AC80傳動(dòng)站和輔助傳動(dòng)點(diǎn)，其中S800I/O連接到現(xiàn)場(chǎng)的操作臺(tái)和一些現(xiàn)場(chǎng)的l/O點(diǎn)以及模擬量的儀器儀表，AC80傳動(dòng)站連接到傳動(dòng)控制設(shè)備上，將傳動(dòng)設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后再交由AC450過(guò)程站處理，同時(shí)AC80可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)單元的控制，這樣可以降低AC450過(guò)程站的負(fù)荷，保證控制的精度和實(shí)時(shí)性。

4結(jié)束語(yǔ)

該Advant OCS集散控制系統(tǒng)在投入運(yùn)行后，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，大大提高了工作效率，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，軋制產(chǎn)品符合工藝標(biāo)準(zhǔn)，并且在以后可以根據(jù)生產(chǎn)要求靈活的對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展，在大口徑無(wú)縫不銹鋼管生產(chǎn)中起了重要的作用。