一種基於PROFINet的熔煉車間監控系統的製作方法

2023-06-03 09:14:01 1

本實用新型涉及一種熔煉車間監控系統，具體是一種基於PROFINet實現設備間總線連接的車間監控系統，屬於工廠監控系統設計技術領域。

背景技術：

在熔煉車間，生產工藝分為閃速爐、轉爐和陽極爐，生產環境條件惡劣。如何全面掌握生產現場重要部位的實際生產情況，有效地獲取這些信息，非常重要，設置相關人員在現場反饋信息，由於部分場所高溫，高塵，高噪音，高腐蝕甚至有毒、易燃易爆氣體，操作員在巡檢時，存在人身安全隱患，不能全面反映現場實際情況。因此一種高效的熔煉車間監控系統對於生產安全非常重要。熔煉車間監控系統的設計中總線連接類型選擇非常重要。

現有技術中熔煉車間監控系統通常採用的總線模式是現場總線，例如常見的PROFIBUS總線，雖然PROFIBUS是現場級最成熟總線技術之一，可以大規模節約導線，降低維護和安裝費用，實現分布式遠程IO控制，但是PROFIBUS總線不能實現和公司MES(位於上層計劃管理系統與底層工業控制之間的、面向車間層的管理信息系統)和ERP(企業資源規劃)結合，從而實現公司從上到下的一致通信。

技術實現要素：

針對現有技術存在的上述不足，本實用新型的目的是怎樣提供一種能夠將PROFINet總線和傳統PROFIBUS現場總線結合在一起，實現無縫集成，使兩種總線各顯其能，形成優勢互補，提高系統整體性能的熔煉車間監控系統。

為了實現上述目的，本實用新型採用了以下的技術方案。

一種基於PROFINet的熔煉車間監控系統，其特徵在於：包括工廠調度站主機、車間調度站主機、備料站主機、熱風爐主機；

所述工廠調度站主機通過PROFINet總線分別與鼓風爐站PLC、備料站PLC、熱風爐儀控PLC和熱風爐電控PLC實現通信連接；

所述備料站主機通過PROFINet總線分別與鼓風爐站PLC、備料站PLC、熱風爐儀控PLC和熱風爐電控PLC實現通信連接；

所述車間調度站主機通過PROFINet總線分別與鼓風爐站PLC、備料站PLC、熱風爐儀控PLC和熱風爐電控PLC實現通信連接；

所述熱風爐主機通過PROFINet總線分別與鼓風爐站PLC、備料站PLC、熱風爐儀控PLC和熱風爐電控PLC實現通信連接；

所述鼓風爐站PLC通過PROFIBUS總線分別與遠程IO模塊、智能儀表實現通信連接；所述備料站PLC通過PROFIBUS總線分別與遠程IO模塊、智能儀表實現通信連接；所述熱風爐儀控PLC通過PROFIBUS總線分別與遠程IO模塊、智能儀表實現通信連接；所述熱風爐電控PLC通過PROFIBUS總線分別與遠程IO模塊、智能儀表實現通信連接；

所述智能儀錶帶有PROFIBUS總線接口。

相比現有技術，本實用新型具有如下優點：

本實用新型中，在PROFINet總線結構中，各現場設備都視為普通PROFINet IO，它們有平等的通信權利，這就打破了傳統主從通信模式，極大地優化了系統的網絡結構。各個PLC作為分散式現場設備(PROFINet IO)中重要的PN-IO控制器，三個站共四個PLC全部選用西門子315-2PN/DP CPU，該新型CPU的特點是：自帶一個PROFINet接口，其內部集成了一個網關，可以很容易地將PROFIBUS上的設備集成到PROFINet上。另外該CPU能夠使用STEP 7在工業乙太網上通過PG/PC進行編程，這就意味著不需另加專用網卡， 用普通網卡就可以方便地對PLC進行編程和通信，大大降低了成本。

此外，本實用新型中採用的ROFINet作為新型自動化總線標準，具有全開放、全分散、智能化特點，可靈活組建各種不同的網絡系統，可將實時通訊一直延伸到現場級，保證公司範圍內的一致通訊。而本實用新型所採用的PROFIBUS是現場級最成熟總線技術之一，可以大規模節約導線，降低維護和安裝費用，實現分布式遠程IO控制。兩者可以很好的結合在一起，實現無縫集成，這便可以使兩種總線各顯其能，形成優勢互補，提高系統整體性能。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路結構圖；

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明。

通常冶煉廠熔煉車間主要由鼓風爐站、熱風爐站、備料站三個站點組成。其中鼓風爐是全廠核心的冶煉設備。熱風爐站為鼓風爐提供連續、適宜溫度的熱風。備料站則為鼓風爐配送熱焦炭和燒結塊原料的站點。工藝控制要求，各站點都要求有獨立的監控系統，同時各個站點控制系統又要相互緊密配合來實現熔煉車間最佳的生產運作模式。

這就要求一種全分散且全開放的通信作為技術支撐。本實用新型採用基於乙太網開放的工業乙太網標準PROFINet和PROFIBUS現場總線結合的網絡系統構架，完成該車間的自動控制系統設計。主要基於以下幾點考慮：

(1)PROFINet作為新型自動化總線標準，具有全開放、全分散、智能化特點，可靈活組建各種不同的網絡系統，可將實時通訊一直延伸到現場級，保證公司範圍內的一致通訊。

(2)PROFIBUS是現場級最成熟總線技術之一，可以大規模節約導線，降 低維護和安裝費用，實現分布式遠程IO控制。

(3)兩者可以很好的結合在一起，實現無縫集成。這便可以使兩種總線各顯其能，形成優勢互補，提高系統整體性能。

PROFINet是PROFIBUS國際組織(PI)提出的新一代基於工業乙太網技術的自動化總線標準。工業乙太網技術成為自動化系統中最為熱門的技術，PROFINet就是其中最有生命力的事實上的工業乙太網標準之一。PROFINet是一個整體的解決方案，提供了從一般性能到高性能和時間同步的可伸縮的實時通信。可實現與現場總線系統的無縫集成，很好地保護了投資者現有的的投資。另一方面，它融入了網際網路技術，可以很容易地和公司MES(位於上層計劃管理系統與底層工業控制之間的、面向車間層的管理信息系統)和ERP(企業資源規劃)結合，實現公司從上到下的一致通信。

PROFINet主要由分散式現場設備(PROFINet IO)、分布式自動化、用於所有客戶需要的統一的通信、網絡安裝、IT集成、現場總線集成等組成。其核心功能是：分散式現場設備(PROFINet IO)。PROFINet IO主要由PN-IO控制器、PN-IO設備、PN-IO監視器三類設備構成。目前國內PROFINet的應用還處於初級階段，只有少數的公司和單位採用PROFINet結構布局。因為它要完全進入現場級還有一定的技術障礙，故目前它不可能完全替代現場總線。

本實用新型結構如圖1所示，各現場設備(各個PLC)都視為普通PROFINet IO，它們有平等的通信權利，這就打破了傳統主從通信模式，極大地優化了系統結構。PLC作為分散式現場設備(PROFINet IO)中重要的PN-IO控制器，三個站共四個PLC全部選用西門子315-2PN/DP CPU，該新型CPU的特點是：自帶一個PROFINet接口，其內部集成了一個網關，可以很容易地將PROFIBUS上的設備集成到PROFINet上。另外該CPU能夠使用STEP 7在工業乙太網上通過PG/PC進行編程，這就意味著不需另加專用網卡，用普通網卡就可以方便地對PLC進行編程和通信，大大降低了成本。

在現場級，現場設備極具分散性，控制室和現場設備相距較遠，採用 PROFIBUS數位訊號電纜代替大量並行模擬信號電纜，而將現場總線設備都掛接在PROFIBUS總線上。主要現場總線設備選用西門子遠程IO模塊ET200M和各種帶總線接口的智能儀表。

圖1中的PROFINet總線上，四個PLC作為PN-IO控制設備，所有的IPC作為PN-IO監視器，它們都遵循PROFINet通信標準，故它們之間不僅可以進行基於TCP/UDP/IP的全開放的IT通信，滿足基本的工廠控制級要求，而且可以通過工業乙太網交換機實現實時通信，完成實時自動控制任務。為了延伸傳輸距離和消除電磁幹擾，各站之間選用光纖作為傳輸介質。

各個站的PROFIBUS現場總線相互獨立，分別連接本站的ET200M遠程IO模塊和不同的智能IO設備。所有這些設備都通過CPU上集成的PN口實現PROFIBUS和PROFINet的集成。在各個PLC之間進行相互通信和互操作時，傳統的方式是基於PROFIBUS的MS(主從)方式，這需要在硬體上增加三個帶DP接口的通信模塊(如CP342-5)，而本實用新型採用基於PROFINet結構下的DX(直接數據交換)方式通信，無需增加任何新硬體，直接通過PLC集成的PN口進行基於乙太網的通信。因為它們同屬於PROFINet結構下的PN-IO控制器，所以它們可以通過軟體方法很輕鬆地實現相互自由通信。此外，在熔煉車間，生產工藝分為閃速爐、轉爐和陽極爐，生產環境條件惡劣。如何全面掌握生產現場重要部位的實際生產情況，有效地獲取這些信息，非常重要，設置相關人員在現場反饋信息，由於部分場所高溫，高塵，高噪音，高腐蝕甚至有毒、易燃易爆氣體，操作員在巡檢時，存在人身安全隱患，不能全面反映現場實際情況。為了解決這一問題，本實用新型通過數位化錄像設備進行記錄取證，為企業生產工作的安全與生產管理提供事實依據，從而大大減輕巡檢操作人員的勞動強度，提高工作效率。同時也可彌補在生產管理方面的一些盲點，並且有效地加強生產現場掌握，更能有效地組織生產， 進一步提高企業整體水平。具體的，在閃速爐工藝，轉爐工藝，陽極爐工藝區和控制室，場地範圍較大，對一些重要設備(如壓力表，電力表等)，本實用新型採用了1～2臺不帶雲臺的固定攝像機作專門監視；另外再選用1～2臺帶萬向全方位雲臺及鏡頭可變焦的攝像機對場地的其他設備進行監視。這這樣，當某區域有報警時，攝像機鏡頭則可自動對準該區域，進而能夠第一時間捕捉到現場的情況。該部分具體系統連接關係是不帶雲臺的固定攝像機和帶萬向全方位雲臺及鏡頭可變焦的攝像機與遠程IO模塊相連接。

最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。