基于PROFINET的料场输送机控制系统

基于PROFINET的料场输送机控制系统

王赟

（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山243000）

摘要：介绍了马钢料场的输送机控制系统的概况，并重点阐述PROFINET技术在系统中的应用。通过PROFINET与PACSystems系统相结合，实现了料场输送系统的全自动化运行，对保障企业连续、稳定生产具有重要意义。

1引言

马钢原料厂是现代化的大型综合原料厂，由原料受入、原料存储、混匀矿加工、块矿烘干筛分、原料外供、污矿综合利用等系统组成，主要服务于二铁和三铁总厂的5台烧结机及6座高炉。其中输送系统共有胶带机419条，总长度129322米，涉及生产流程925条，存在着点多面广、布局分散、控制系统通信方式多样化等特点。为了提高控制系统通信的稳定性，解决控制系统维护困难、I/O站点扩展不便等问题，我们选用了GE公司推出的可扩展且带有高可用性的PROFINET系统，以达到料场输送机控制系统正常运行时间最大化、配置灵活、维护简便的目的。

2PROFINET技术概述

PROFINET的全称是ProcessFieldNet,是由PROFINET国际组织PI（PROFIBUSInternational）推出的，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。它主要包含了三方面的技术：①高度分散自动化系统的开放对象模型（结构模型）。②规定了PROFIBUS和标准以太网之间的开放、透明通信。③提供了一个包括设备层和系统层、独立于制造商的系统模型。PROFINET技术可以集成在我们的PACSystems系统架构中，通过开放、标准的协议连接基于高速以太网的远程I/O，并在整个PACSystems中提供controllers和scanners。PROFINET网络支持冗余热备系统架构，可以通过ProficyMachineEdition软件进行网络的组态及监视。

3PROFINET系统介绍

3.1网络结构

马钢原料厂控制系统是由两级计算机组成的分级控制系统，上位机是过程控制级、下位机是设备控制级。其中过程控制级用于生产管理、混匀作业的计算、生产报表的打印以及向公司服务器提供有关数据等。它是由12个操作站（HMI）组成，其中包括3台服务器和9台客户端，以服务器-客户端（SERVER-VIEWER）的方式，通过工业以太网100/1000Mbps进行数据交换。设备控制级用于上位机对现场设备各种操作指令的实施。由GE公司的PACSystemRX3i及其I/O系统组成。整个控制系统共有主控PLC13个，PLC之间的通信是通过工业以太网采用EGD（EthernetGlobalData）方式完成的。其中冗余PLC以及PLC和其下属I/O远程站之间是采用PROFINET通讯协议，通过工业光纤以太环网连接。第三方设备通讯直接连接至就近I/O模块柜，通过GE公司自有的通信模块，实现对第三方设备的智能控制和数据采集，支持Modbus、DeviceNet、Profibus-DP等通讯协议。

3.2输送机控制系统

输送机控制系统由HMI操作站、PLC控制站及I/O远程站组成。其中，操作站主要进行设备状态画面、故障报警画面的监测，正常生产时各胶带机之间的运行顺序控制，物料变化时胶带机的逻辑控制、系统启动和停止时的时序控制、系统带负荷时起停控制及与主系统的连锁控制。网络主要采用PROFINET光纤环网,计算机控制系统保留与上级管理系统的通讯接口。控制站的硬件设备选用PACRX3iPLC，由电源模块(IC695PSA140)、CPU模块、以太网模块（IC695ETM001）、PROFINET控制器模块(IC695PNC001)、冗余光纤同步模块（IC695RMX128）等组成。其中，输送机系统逻辑主控PLCPAC9及外供高炉区域的PLCPAC6、PAC8、PAC10采用的是冗余热备系统。I/O远程站使用的是与主系统配套的PROFINET扫描模块（IC695PNS001）。

上位机与主控PLC之间是通过以太网建立的星形拓扑结构。3台独立运行的服务器对应9台客户端，其优点是既保证HMI有一定的冗余度，也减少上位机与PLC通讯的压力，提高响应速度。工程师只需要对三台服务器进行维护更新，客户端就可以通过网络共享更新画面文件。13个主控PLC中除了2个逻辑控制的PLC，其余的PLC都是用来完成各区域胶带机的运行控制。它们与各自下属I/O远程站之间使用PROFINET光纤环网代替原有的Genius总线系统，通过PME软件创建包含PROFINETI/O控制器（PNC）和多个PROFINET扫描仪（PNS）或第三方I/O设备的硬件配置。提高了组网的可靠性，即便是有一条光缆出现问题也不会影响整个系统的正常运行。

输送机控制系统对下属胶带机的逻辑控制是采用矩阵编程的方式。程序中矩阵表是一个16列*25行的数据表，每个位置代表一条胶带机，在程序中用25个WORD表示，即每个Bit代表一个设备。矩阵表格大体分为四种，流程矩阵、控制矩阵、状态矩阵、变换矩阵，分别完成流程存储、流程逻辑控制、指令下达、状态发送及接收等工作。所有涉及流程控制状态信息和控制指令均通过此种矩阵形式打包、解包在各PAC间使用EGD通讯方式进行数据传递。这种方式不但提高了编程效率还改善了多流程切换的速度。

4结束语

基于PROFINET光纤以太环网架构的引入，大大优化了料场输送机控制系统网络。相比传统的总线网络，在远距离的传输上不仅提高了通讯速率，还大大降低了成本。该系统自投产以来，运行稳定，很好的满足了生产要求。

参考文献

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[2]黄文斌,徐亚超,杜欢.Profinet通信方式及技术在炼钢行业的应用[J]中国仪器仪表，2013

[3]丁樯.PROFINET分布控制技术在条烟输送系统的应用[J电气时代，2012