基于现场总线的电机运行状态

安徽工业大学电气信息学院(1)上海宝钢股份公司势轧厂(2) 　　［摘　要］：针对宝钢1580热轧生产线辊道电机地理位置分布较分散，本文建立了一套基于RS485现场总线和工业以太网的电机运行状态分布式监测系统，详细介绍了系统的硬件网络结构、数据采集和工业以太网数据实时传输；实际运行表明系统数据采集速度快、抗干扰能力强，满足了生产现场的实际需要。 1引言 现代企业连续生产线自动化程度日益提高。系统维护人员越来越少，设备运行状态集中监控又自动故障诊断系统已成为现代工业生产白勺重要组成部分，值班人员通过监控系统可方便快捷地了解现场设备的在线运行状况，在发生故障时立即采取相应措施进行故障处理。目前，基于现场总线和工业以太网技术的分布式自动化测控系统是工业自动化技术的发展方向，尤其对于设备运行状态信号相对控制室距离较远且地理位置分散时具有明显的优势。 宝钢1580热轧生产线共有辊道电机近600台，每台电机主回路进线通过空气开关进行主电源切换和电机过流保护，由于现场工作环境比较恶劣，辊道电机经常发生故障跳闸动作，如不及时处理，容易造成“被动辊”和“死辊”现象，给带钢表面质量造成严重的不良影响，尤其是“死辊”将严重划伤带钢表面，甚至会造成轧线停产。为此建立一套基于现场总线和工业以太网的分布式辊道电机运行状态监测系统，对所有辊道电机运行状态进行在线实时监测，电机发生故障时，系统能及时发出声光报警，根据故障诊断结果提供故障定位信息，现场操作室值班人员可立即采取相应措施进行故障处理，以保证带钢质量不受影响，同时建立电机故障历史数据库，提高设备管理水平。 2系统工作原理与网络结构 2.1 系统基本设计思想 由于热轧生产线辊道电机地理位置分布较广，要求监控系统有一定的实时性，可以用数字量输人模块获取电机的运行状态，然后由这些模块组成现场总线网络,设在中央监控室的工控机作为主站通过串口实现电机运行的数据采集，然后将数据通过工业以太网实时传送到位于精轧操作室和粗轧操作室的两个计算操作终端，当电机出现故障时能及时报警。 2.2 观场总线网络选择及构成 RS485网络在工业上应用非常广泛，主要用于多点系统的数据发送与接收，其主要特点如下：传输距离长，速度较快，且有较好的抗干扰能力；造价比较低，可用屏蔽双绞线作为通讯线；数据采集点数多，可以连结256个模块。宝钢1580热轧生产线每台电机由—个空气开关控制，这些控制开关分布在4个电气室的45面开关盘中，4个电气室前后相距约500m，本文采用RS485总线网络是适当的。 数字量输入模块采用研华公司的ADAM4053模块，每个模块有16个开关量输入通道，共需50个模块，分布在3、4、5和7号辅机室，用一条屏蔽双绞线将这些模块连结起来组成一个RS485现场总线网络，每个模块在网络中都分配一个唯一的地址作为标识，用一个RS232/RS485转换器ADAM-4520模块将RS485络与主站的RS232串口连接起来，系统中ADAM模块和RS485网络结构如图1所示。 2.3 工业以太网及系统总体硬件结构 设在中央监控室的主站通过串口完成辊道电机运行状态的现场数据实时采集，然后通过工业以太网将采集到的实时数据及时传送到位于精轧操作室和粗轧操作室的两个计算机操作终端，中央监控室距离精轧、粗轧操作室300m左右，通过光缆连接更合适，主站安装一台针式打印机实现电机故障记录信息的实时打印。本系统的工业以太网及系统总体硬件结构如图2所示。 3系统功能及软件设计 本文建立的电机运行状态分布式监测系统应用软件开发平台采用VB6.0，主要功能有电机运行状态数据采集、工业以太网数据实时传送、故障的声光报警、ADAM模块地址的修改及自检、电机故障记录的实时打印等。为提高设备管理水平，用Access2000建立了辊道电机历史故障数据库管理系统.记录故障电机名称、故障发生日期、发生时间、故障复位日期、班次等信息，通过SQL结构查询语句对数据库进行操作，可以对电机历史故障进行各种查询、统计分析和打印等。故障信息可记录多年，并能方便地刻录成光盘，甲、乙、丙、丁4个班次，根据宝钢的班次调整次序，由计算机自动生成。 3.1 RS485网络通讯与数据采集 对电机运行状态进行数据采集是系统正常工作的基础，系统共用50个ADAM4053模块，通过RS485总线，由主站的串口实现数据采集。4053模块是研华公司ADAM-4000系列模块之一，通过内置微处理器及通讯接口实现与上位机的通讯。用户可通过计算机以RS485通讯协议，发出ASCll码专用命令与模块进行通讯，实现远端数据采集：系统中主机与所有的4053模块均采用半双工异步串行通讯方式，并设置相同的波特率和字符格式。4053模块可以采用的波特率范围是1200bps～38.4kbps，波特率越高通讯速度越快，但有效传输距离和可靠性会降低，波特率太低通讯速度又太慢。综合考虑后通讯参数的具体设置如下：波特率为9600bps，即9600bit/s的传输速度，字符格式为1个起始位，8个数据位，1个停止位。为了提高系统的抗干扰能力，采用了屏蔽双绞线和开关量输入信号延时去抖动等措施。 主站通过MSComm串口控件完成主站与所有4053模块的通讯，实现辊道电机运行状态的数据采集，具体实现方法如下： strSend=″＄″&strAddress&″6″&Chr（13） MSCommDI（0）.Output=strSend′发送数字量输人命令 Call DelayX（280）′等待响应 strRecieve0=MSCommDI（0）.Input′响应字符串 ByteH=Val（″&H″&Mid＄（strRecieve0,2,2））′提取开关量 ByteL=Val（″&H″&Mid＄（strRecieve0,4,2）） 3.2工业以太网数据实时传输 设在中央监控室的主站完成电机运行状态的数据采集，然后通过工业以太网将采集到的数据实时传送到位于精轧操作室和粗轧操作室的两个计算机操作终端。系统用WinSock控件实现以太网数据通讯，共50个ADAM4053模块，每个模块有16个开关量输入通道，占2个字节，因此一个扫描周期需发送100个字节数据.采用TCP通讯协议，主站为服务器，两个操作站为客户机。数据在发送之前需进行打包，格式是100个字节数据加校验和，长度为101个字节，客户机收到数据后计算累加和并与校验和进行比较，相同则接受，不同则丢弃。实际应用时，主站每一个扫描周期将同一批数据发送2次： 用TCP数据传输协议实现网络通讯，两台计算机应先建立连接，之后任何一方计算机都可以收发数据，在建立连接之前需对主站服务器和客户机进行必要的参数设置。主站服务器WinSock控件sktSenrver（0）的本地端口LocalPort属性为1001，两个客户机的WinSook控件RemotePont属性也设置为1001。网络通讯的基本过程如下： （1）主站服务器开机启动应用程序后调用sktServer（0）的Listen方法开始侦听； （2）客户机如果没有连接服务器则每隔10s使用Connect方法，向服务器提出连接请求； （3）当服务器收到客户机的连接请求时，用Accept方法接受客户机的连接请求，客户机产生Connect事件表示已成功建立连接，双方即可传输数据； （4）服务器完成电机运行状态的数据采集之后，用SendData方法发送数据； （5）客户机接收到数据时，产生DataArrival事件，在该事件中，用GetData方法获取数据； （6）如果需要可用Close方法关闭连接。 系统以太网通信速率为100Mbps，运行时可以自动联网，维护很方便。 3.3系统监控与报警设计 系统有20多幅操作监控画面，可以显示计算机网络状态、辊道电机详细信息、模块自检结果、电机历史故障查询统计等，最重要的是主站和操作站的电机运行状态在线主监控画面。系统主监控画面由两部分组成，上半部是工艺流程图，能反映电机在生产线上位置，点击后进入相应辊道电机的详细画面；下半部分是近期电机故障记录列表，显示辊道名称、故障发生时间、班次，故障复位后添加故障复位时间，还没有复位的报警及刚刚复位的报警纪录列在最前面。系统监控主程序流程如图3所示。 系统在任何一台电机发生故障后最多1.8s即可发出声光报警，故障报警用红色表示，故障排除自动恢复成绿色，表示电机运行正常：任何一台电机发生故障时都会发出声音报警，故障排除自动停止声音报警。故障发生期间，可以按下“暂停”按钮，停止声音报警，5min之内故障不能排除，自动恢复声音报警，如果5min之内故障已排除，则不再发出报警声音，报警声音暂停期间有新故障发生重新启动声音报警。 4结论 本文建立的一套基于现场总线和工业以太网的分布式辊道电机运行状态监控系统，可以实现对宝钢1580生产线所有辊道电机运行状态进行在线实时监测。半年多的现场实际运行表明，系统数据采集速度快、抗干扰能力强，扫描周期1.8s，电机故障检出率100%，一旦某台或某几台电机发生故障，系统能及时发出声光报警，并根据故障诊断结果提供故障定位信息，现场值班人员可立即采取相应措施进行故障处理，保证了带钢质量。辊道电机故障历史数据库管理系统的建立提高了设备管理水平，取得了较好的经济效益。