GEFanuc系列90-70PLC在加热炉自动控制系统中的应用

1 引言

加热炉作为轧钢过程中的重要一环，要求 控制系统稳定可靠。在实际应用中，构成加热 炉基础自动化系统的方案有多种，梅山热轧板 厂的 2#加热炉为分段步进式，一级自动化部分采 用 GE 公司的两套系列 90-70 PLC，一套控制辊道，另一套控制加热炉本体。辊道 PLC 完成辊道的传动控制、板坯在辊道上的测长、称 重、定位、跟踪等；加热炉 PLC 完成步进梁、汽 化冷却系统控制以及推钢机、抽钢机的传动、定 位控制等。

2 系统的网络拓扑结构

图 1    系统网络拓扑结

本系统的主干网络采用了工业以太网，网络结构为总线型，见图 1。系统根据不同的情况应用 TCP/IP 和 UDP/IP 协议。工业以太网的物理层和 数据链路层采用 IEEE802.3 规范，网际层和传输 层采用 TCP/IP 协议组。由于 UDP 是面向交易型 应用，其报文交换的开销比面向连接的传输要小， 一般在工业以太网中利用 TCP/IP 协议来发送非实 时数据，用 UDP/IP 来发送实时数据。在本系统的 实际应用中 ，PLC  与上位机信号的 交换采用 UDP/IP 协议，以 EGD（Ethernet Global Data）的 报文格式交换信号（Exchange）；2 套 PLC 系统的 EGD 网与 TCP/IP 网通过 SWITCH 的端口设置区 分开来，与上位机通过 100Mbps 光缆相连；2 台 HMI 分设于 2 个操作室，HMI 画面系统与 PLC 的 信号交换采用 TCP/IP 协议。

系列 90-70  PLC 通过 GeniusBUS 与远程 I/O 站相连；通过 Profibus 现场总线 控制变频传动装置。

3、系列 90-70 PLC 的主要硬件配置

系列 90-70 PLC 系统的主要硬 件配置有：

1) CPU  模板：本系统采用的 CPU  型号为 IC697CPX782，处理器主频 96MHz，具强大的浮 点计算能力；

2) 以太网模板：支持 TCP/IP、SRTP（Service Request Transfer Protocol）、EGD 传输协议，传输 速率 10Mbps；

3) SST 模板：支持开放的 VME 总线结构的 模板，用以配置 Profibus  DP 网络。本系统采用 SST   系列模 板中的 5136-PFB-VME   模板作为 Profibus DP MASTER，安装于系列 90-70PLC 主机架（VME 框架）上，它最多可带 126个 SLAVE；

4) Genius  BUS  控制模板（GBC ）：通过Genius 总线控制模板可以控制最多 31 个装置（远程 I/O 站），其构成的网络为令牌总线网，传输速 率 153.6Kbps；

5) 其他模板：本地扩展机架模板、I/O 模板、 高速计数器模板等。

4、系列 90-70 PLC 的主要软件功能

4.1 GE Fanuc 系列 90-70 PLC 与加热 炉过程计算机的通讯 以太网全局数据（EGD）Exchange 是为设备之间数据进行简单、有效的通讯而设计的，它允 许一个设备（Producer）以一个规定的列表传输速 率传送数据（Exchange）给一个或更多的其他设备（Consumer），每套 GE Fanuc 系列 90-70 PLC系统可配置 Produced  Exchanges  和Consumed Exchanges Exchange 总数不能超过 255个，但两者的数量可以任意组合分配），用以区分 是发送还是接收加热炉过程计算机的信息。在每 个 Exchange 中可定义通讯的字节数、内容、发送 或接收的设备 IP 地址号等，每个 Exchange  的 ID 号不能重复，且与上位机的定义相对应；每个 Exchange 的大小不能超过 1400 字节。PLC 系统 与加热炉过程计算机交换的主要内容有：

1)  过程计算机送给 PLC 炉号设定、板坯规格 设定、板坯在炉内的布料设定、抽钢机及推钢机 的设定等；

2) PLC 送给过程计算机 HMD、CMD 和激光 检测器的信号、板坯实测数据、板坯定位信号、 板坯跟踪、步进梁动作标志、抽钢机及推钢机的 动作标志等。

另外，两套 PLC 之间也用 EGD  Exchange 互 相交换检测器的信号、抽钢机及推钢机的位置信 号等内容。

下表为本地 IP 地址为 165.156.46.179 的 PLC 中配置的 EGD Exchange 的部分内容，该表定义了 PLC 接收上位机（IP 地址 165.156.46.142）发送来的信息：

Exchange ID 为 2 的报文所含的具体内容见下表：

4.2 GE  Fanuc  系列 90-70  PLC  与 CIMPLICITYHMI 之间的通讯 CIMPLICITYHMI 为 GE 公司的画面监控软
件，它与 PLC 的通讯可通过以太网或直接通过串 行口进行。本系统的 2 台 HMI 通过以太网与 PLC 通讯，HMI 设置的主要步骤如下：

1)  建立工程（Project）、创建连接的 Device（PLC 名）；

2)  创建通讯端口及协议（本系统采用系列 90TCP/IP 协议）；

3)  定义设备点（对应于 PLC 中变量的点）、 虚拟点及其类型。

定义完成后，HMI 按设定的扫描速率更新各点的数据。

4.3系列 90-70 PLC 通过 SST 板与传动系统的通讯

本系统的传动装置采用 GE 的 AV300i 交流变频装置，每套装置通过安装于电子箱里的 SBI 板（GE 公司的 Profibus 接口板）作为 Slave（从站） 挂在 Profibus 网上。对安装于 PLC 主机架上的 SST 板配置 Profibus 网络有两种方法：

1)  运行 COM  Profibus 软件，若 MASTERS 列表中没有 5136-PFB-VME MASTER，首先要将 SST-DLINK32 中 5136-PFB 文 件 夹 中 的 Ss6715ax.2mh   文件拷 贝到 C   盘根目录 下 COMPB33（假设 COM Profibus 安装于 C 盘根目录下）的 MASTERS 列表中；其次，要使 SLAVE 列表中有 SBI 板，必须将软盘中的 GEPDP33.gsd 文件（随 SBI 板一起提供）拷贝到 GSD 文件夹中。

2)  在 SST 板自带的软件 SST  Profibus

Configuration 中也可配置，同样要使 SLAVE 中有 SBI 板，必须将软盘中的 GEPDP33.gsd 文件拷贝 到 GSD 文件夹中。

配置完成后形成二进制文件，利用超级终端（Hyper  Terminal），通过编程器的串口与 SST 板 的串口建立连接，将二进制文件下装到 SST 板。 PLC 在上电后的第一次扫描时，对 SST 板进 行初始化（即图 2 中运行 Init_0 程序块），初始化 完成后（init_0_OK 为 1），Assign 子程序完成 CPU 与接口卡之间的从站数据交换。Assign  子程序块的设置如图 2 示。 其中：