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摘要：介紹了喂絲機在精煉控制系統中多種常用的通訊方式，通過分析、對比和研究，給出了一種喂絲機在智能精煉控制系統中的通訊解決方案。

關鍵詞：智能控制；以太網；L2；數據交換

當前我國制造業(yè)正在逐步由高速增長階段向高質量發(fā)展階段轉型升級，作為煉鋼關鍵環(huán)節(jié)的精煉設備也已開始由“自動化”向“智能化”快速升級，實現“智能化”的基礎是大量數據采集和處理，這就要求精煉設備中的每一環(huán)節(jié)都具備接入智能系統的接口并有高速數據傳輸的能力，喂絲機就是其中重要的一個環(huán)節(jié)。喂絲機的功能是在鋼水精煉處理過程中，以適當的速度向鋼液深處喂入一定量的合金絲線，進而達到調節(jié)鋼水成分、提升鋼水質量的目的。由于喂絲機是以機電一體品的形式集成在精煉設備之中，故其控制系統也是獨立于精煉設備控制系統之外的。在傳統的自動控制系統中，兩個系統之間的信號傳遞是通過I／O模塊硬線連接，只能發(fā)送接收“啟／停”命令、“正常／故障／報警”狀態(tài)等數字量信號，無法大批量傳輸生產實時過程數據。隨著智能精煉的發(fā)展，當前精煉設備已從PLC為設備“大腦”的現場級控制模式，轉變?yōu)橐詳祿旆掌骱蚅2服務器為平臺，集成自有算法及模型的智能控制模式。若喂絲機環(huán)節(jié)沿用傳統通訊方式，從數據多樣性、傳輸速率、喂絲量控制精度等方面都無法滿足現狀。這就需要在智能精煉設備中喂絲機采用一種更優(yōu)的通訊方式。

1喂絲機的幾種通訊方式

根據項目實施中實際情況，以目前工業(yè)控制中較為常用的西門子S7系列PLC為例（精煉PLC為S7－400，喂絲機PLC為S7－300），將目前在精煉設備中喂絲機常用的幾種通訊方式進行分析對比，如圖1所示：

（1）MPI通訊模式

MPI通訊是西門子基礎型總線通訊協議，智能精煉PLC與喂絲機PLC之間可用全局通訊、單邊通訊和雙邊通訊三種方式進行通訊，最多可支持收發(fā)4個數據包，每個數據包可最多22Byte，最高通訊速率為187．5kbps，發(fā)送和接收數據類型需要在調試時提前定義好。MPI通訊應用簡便、配置靈活，能在西門子S7－300之間，S7－300／400之間相互通訊，但MPI的局限性較為明顯：物理空間距離不能太遠，不適合離散控制的需求；MPI通訊電纜需要在電磁環(huán)境較好的場合敷設，抗干擾能力較差；只適用于西門子S7產品之間，兼容性不友好；通訊速率低、收發(fā)數據包少，無法適應較大數據實時傳輸要求；發(fā)送和接收數據內容在運行時不可更改，靈活性低。

（2）PROFIBUS－DP現場總線通訊模式

智能精煉PLC與喂絲機PLC之間在PROFIBUS－DP總線上以主從站的形式配置，通過MS（主從）或DX（直接）實現數據交換，數據包傳輸數量可自由配置，在距離較短或有中繼器的情況下，最高通訊速率能達到1．5Mbps，發(fā)送和接收數據類型可利用編程手段在生產過程中實時切換。PROFIBUS－DP總線是工業(yè)現場應用最為廣泛的通訊模式之一，通過多年的實際應用，此技術已日趨完善和成熟，是目前L1控制系統中最為優(yōu)秀的總線系統。但隨著精煉設備的控制核心從L1轉移至L2，喂絲機數據采集、存儲和命令下達由L2服務器完成，數據收發(fā)路徑為：喂絲機PLC－智能精煉PLC－L1交換機－L2交換機－L2服務器。很明顯看到數據傳送路徑環(huán)節(jié)多、故障點多、數據丟包幾率大。

（3）以太網通訊模式

喂絲機PLC通過以太網形式接入智能精煉控制系統L2交換機，通過OPC通訊服務實現L2與喂絲機之間的數據交換。同時喂絲機與精煉PLC通過以太網接口，使用PLC提供的GET和SET功能單邊實現數據交換。以太網是目前各個行業(yè)采用最多的通訊網絡，其具有傳輸數據量大、速率高、通訊電纜可敷設距離較長等優(yōu)點。但PLC是一個實時系統，如果不采用有效機制，以太網通訊過程往往會被PLC中斷，造成數據丟包、通訊延時等問題，就難以滿足控制系統的實時性要求。

2喂絲機在智能精煉中的通訊方案

本項目智能精煉控制系統有“人工控制”和“L2智能控制”兩種操作模式，上一段落介紹的幾種通訊模式，均能在“人工控制”操作模式下實現喂絲機PLC與控制系統L1數據交互，卻無法滿足“L2智能控制”操作模式下L2系統對通訊速率高、收發(fā)數據包多、實時傳輸可靠等多方面的需求。筆者在智能精煉項目中應用了一種能適應上述需求的通訊解決方案，如圖2所示：智能精煉L1系統控制器采用西門子S7－400系列，喂絲機控制器采用西門子S7－300－2PN系列。通過STEP7硬件配置喂絲機PLC的兩個RJ45端口，將一個端口設置為PROFINET模式，另一個端口設置為以太網模式。喂絲機控制器的PROFINET端口通過PROFINET總線電纜直接連接至智能精煉PLC控制器，調試時可簡便快捷地實現通訊連接，“人工控制”操作模式下，智能精煉PLC與喂絲機PLC可通過PROFINET總線通訊，快速、可靠地進行命令下達、狀態(tài)反饋等信號傳輸，這些數據也可根據需要由智能精煉PLC將數據上傳至L2系統，用以存儲和顯示。喂絲機控制器的以太網端口通過以太網線連接至智能精煉控制系統的L2交換機，與L2系統進行數據交換。L2系統與喂絲機之間使用自研通訊協議進行數據交換。自研通訊協議將通訊數據分類成命令數據與過程數據進行打包，分為命令層與數據層：命令層用于設備的控制，具有實時性要求；數據層用于過程數據的傳輸，具有可靠性。該通訊協議具備防丟包、數據可靠，能保證PLC執(zhí)行的實時性。智能精煉“L2智能控制”操作模式下，由智能模型對喂絲機的操作如圖3所示。

3結束語

這種喂絲機在智能精煉中的新型通訊方式，彌補了傳統通訊方案的不足，既保留了其在傳統精煉設備自動化功能，又為精煉設備智能化做到了基礎鋪墊，從而滿足了精煉設備智能化發(fā)展的需求，為精煉設備智能化發(fā)展邁出了創(chuàng)新的一步。智能精煉控制系統在某煉鋼廠兩年多的生產運行證明，喂絲機與智能精煉系統通訊可靠、穩(wěn)定，喂絲機控制響應和數據傳輸達到了智能化項目的設計要求。

作者：董波 佟冰 賈濤 鄧杰 柴華 劉悅 馬永軍 毛家怡 單位：中國重型機械研究院股份公司