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ABB控制系统在大口径无缝不锈钢管生产线中的应用

来源:至德钢业 日期:2020-06-05 21:59:22 人气:64

介绍了ABB公司的AC450系列集散控制系统在大口径无缝不锈钢管生产线中的应用,着重描叙了系统配置和控制功能,以及ABBMB300AF100总线在系统中的应用。

在目前我国大口径无缝不锈钢管生产中,其生产线系统均采用了ABB公司的AC450Advant Controller 450)集散控制系统,实现钢管生产过程中的自动控制。

1系统组成

控制设备基础自动化系统采用ABB公司Advant OCSOpen Control System)开放集散控制系统,该系统由计算机和各种通信组成,通信包括现场总线,局域网和大型网,通过相互组合形成功能强大的自动化系统,本文介绍的控制系统采用AC450为过程站。AC450ABB公司推出的大型逻辑调节控制器,它以Motorola68040微处理器为核心,具有816Mbyte的动态RAM的控制器,最多可以扩展到5700个模拟和数字V O点。AC450配置的本地VO模板为S100/O系列,安放在相应的I/O机架上,每个机架有21个槽,经过总线扩展可达到5VO机架。根据型号不同,每个S100VO模板有4~32个通道;远程I/OS800l/0,通过AF100Advant Fieldbus 100)可以最大扩展到8个远程I/O站。在Advant OCS集散控制系统中,控制网络的通信部分主要由MB300AF100两种高速总线组成:

MB300是一个高性能,串行同步,半双工的大数据量的高速总线,用来连接控制器之间和控制器到工厂网络之间的通信。

物理上采用多段同轴电缆来连接,协议上采用IEEE802.2逻辑链路控制(LLC)协议和IEEE802.3带冲突检测的载波侦听多路存取(CSMA/CD)的介质存取控制(MAC)协议,属于Ethernet型局域网,总线可带载体5个节点,在不使用中继器时,最大节点通信距离为500m,在使用3个同轴段,4个中继器和2个点对点链路时通信节点最大为2500m,总线传输速率为10Mbps

AF100是用来连接ABB控制器,远程S800l/O站以及ABB所生产和开发的其他控制产品的高性能现场总线,它主要用来传送AC450控制器和AF100上各站点之间的过程数据和消息:过程数据包括监视和控制过程所需要的动态数据,消息则是包括参数,程序运行情况和诊断信息。在物理上AF100可以通过双绞线,同轴电缆或者光纤来连接,在采用双绞线情况下,最大通信距离可以达到750m,采用光纤,可以达到1700m

系统控制软件采用AMPL语言(ABB MasterPiece Lan-guage)编程,该语言是ABB过程控制器的专用开发语言,它根据现场不同工艺控制要求,将编程元素设计成带输入和输出管脚的图形功能块,称为PC元素,同一程序内的数据传递和通信只要将一个PC元素的输入和输出连接到目标PC元素的输入和输出(连接两端为同类型数据),或者连接到过程I/O点,完成一个完整的控制功能。同时,AMPL的模块化设计功能保证程序结构呈阶梯状,实现结构化设计。

CPU中还有一个重要的实时数据库称为DBData Base),PC程序通过DB来和控制过程交换数据,DB中间的数据可以直接被控制器、操作员站或其他通信程序访问,DB中间还包括了例如所使用的I/O机架模板地址,通信网络等方面的硬件信息及程序中产生的其它实时信息,一般编制程序前首先要定义好DB

2工艺流程

大口径无缝不锈钢管的生产通常分为以下五个主要部分,如图1所示。

在该系统中,主要控制穿孔区、芯棒连轧和定径区三个部分,其余两个部分由第三方机械商控制,通过数据通信进行接口。整个控制网络结构定义如下:网络号为11,各个节点定义如下:穿孔区为CPU11CPU12:限动芯棒连轧区为CPU21CPU22CPU23CPU24:定径区为CPU31CPU32CPU33,一共9AC450过程站控制。

3现场控制站实现的功能

在穿孔区,主要功能为将加热到预定温度的钢管坯穿孔,控制对象包括出口辊道123(三段),穿孔机入口段传送链,穿孔机入口推进器,穿孔机机架,限动架,出口段辊道等,该区采用了2AC450控制:CPU11完成穿孔机的入口段传送辊道,主电机,导盘,及主机架的控制(包括驱动接口,逻辑和顺序控制,位置控制,速度控制):CPU12完成穿孔机出口段的限动,机械抓料小车的控制和轧制计划处理,物料跟踪,错误信息处理,数据采集和数据记录,和二级计算机接口的控制。

在限动芯棒连轧区,控制对象包括旋转臂,芯棒循环辊道,冷却站1,冷却站2,润滑滚道,润滑站,润滑站前传送链,润滑站后传送链,芯棒限动架,芯棒轧机机架,芯棒脱管机架等。该区采用了4AC450控制:CPU21完成入口段辊道,芯棒支撑的电机和脱管机的出口辊道控制,物料跟踪,轧制计划表,数据采集:CPU22完成芯棒循环部分的控制:CPU23完成液压控制系统系统(HCCS)的接口和上级工艺模型管理计算机(PSS)的接口控制:CPU24完成芯棒轧机的电机和脱管机架电机的控制,包括速度控制和冲击补偿。

在定径区,控制对象包括:定径机,入口传送辊道,入口段,出口段,冷床辊道和一些附属设备,该区采用了3AC450控制:CPU31完成定径机的入口段,附属设备的控制:CPU32完成主机架,出口段和冷床辊道的控制,同时包括物料跟踪,数据采集和上级管理计算机的通信:CPU33完成定径区的主驱动电机的控制,包括参考速度和冲击补偿给定。

2给出该生产线的控制系统网络结构,由于篇幅限制,在图中主要标示出了穿孔区(CPU11CPU12)的下级网络结构,其余的两区的下级网络结构均和穿孔区类似。

AC450过程站节点上,通过CI513模板连接到MB300总线上,在各个区的MB300总线通过MB300SWITCH来实现级连,以保证各个区的节点数据交换:通过Cl522模板连接到AF100总线上,实现和下级的S800l/OAC80传动站及辅助传动点的控制。和脉冲编码器的Profibus DP通信通过CI541模板连接到CPU上。通过Cl546模板实现和二级生产管理计算机的TCP/IP通信。

MB300总线上,挂有三个Connectivity Server计算机,该Server上装有RTA通信接口板,通过该接口板实现在MB300上和AC450过程站之间交换数据,每台Server连接有一台操作员站OSOperator Station),用于操作员和过程的通信,OS上安装了ABB公司的PPAPROCESS PORTALAP-PLICATION)组态软件,该软件采用VB6.0为核心,内置了ABB公司系列产品的组态控件,用户只需选择相应的控间在画面上组态,然后连接上对应的控制过程数据点即可完成组态,每个控件都有丰富的显示和状态报警等功能,用户还可根据需要自己编程出符合要求的控件。OS通过Connectivity ServerAC450过程站接收和发送现场的数据,在OS上可以完成如下功能:①生产线自动/手动的启停:②生产线上各项生产,管理数据的显示和设定,物料跟踪等;③事件和报警的显示和打印。

ESEngineer Station)通过MB300总线交换机连接到MB300控制网络上,通过工程师站实现对过程组态,程序编程,调试,故障跟踪以及生产过程的自动化测试。

AF100总线连接到下级S800I/O站,AC80传动站和辅助传动点,其中S800I/O连接到现场的操作台和一些现场的l/O点以及模拟量的仪器仪表,AC80传动站连接到传动控制设备上,将传动设备的数据经过处理后再交由AC450过程站处理,同时AC80可以通过编程实现对传动单元的控制,这样可以降低AC450过程站的负荷,保证控制的精度和实时性。

4结束语

Advant OCS集散控制系统在投入运行后,运行可靠稳定,自动化程度高,大大提高了工作效率,经过系统联机调试,轧制产品符合工艺标准,并且在以后可以根据生产要求灵活的对该控制系统进行功能扩展,在大口径无缝不锈钢管生产中起了重要的作用。

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