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：1331

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ABB的MB300和AF100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AC450（Advant 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 OCS（Open 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。AC450是ABB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8～16Mbyte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5个VO机架。根据型号不同，每个S100VO模板有4~32个通道；远程I/O为S800l/0，通过AF100（Advant 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MB300和AF100两种高速总线组成：

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。

在CPU中还有一个重要的实时数据库称为DB（Data 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CPU11和CPU12：限动芯棒连轧区为CPU21、CPU22、CPU23和CPU24：定径区为CPU31、CPU32和CPU33，一共9个AC450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1，2，3（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2个AC450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4个AC450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3个AC450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。

图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（CPU11、CPU12）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。

在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/O，AC80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。

在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OS（Operator Station），用于操作员和过程的通信，OS上安装了ABB公司的PPA（PROCESS 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 Server和AC450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。

ES（Engineer 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。