CN105511440B - 一种基于plc的连轧传动监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC的连轧传动监控系统及其监控方法，包括上位监控单元、中间网络单元和多个现地监测单元，所述上位监控单元通过第二通信模块与所述中间网络单元进行通信，所述中间网络单元通过第一通信总线与所述现地监测单元进行通信，本发明还公开了一种基于PLC的连轧传动监控系统及其监控方法，根据所述机组控制参数和机组运行参数，通过PLC控制传动装置来控制轧钢机组的工作状态，并且可将轧钢机组的工作状态数据通过网络发送给上位监测单元中的操作员站来进行监控。本发明实现的控制系统和监控系统为三级网络结构，各个网络结构之间通过交换机来实现数据通信，可方便的实现监控信息流的分层次流动，适合于不同管理的控制需要。

Description

一种基于PLC的连轧传动监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及钢厂轧钢技术领域，尤其是涉及一种基于PLC的连轧传动监控系统及其监控方法。

背景技术

轧钢产品在现代化建设的各行各业中起着举足轻重的作用，包括住宅、石化、机电、汽车等行业都离不幵轧钢产品。当代轧钢技术的主要生产工艺不同于以往旧式的，产品直接轧制成型。过去的控制方式为手动模拟量控制方式，通过控制器调整输入调速装置的速度给定；如系统检测到装置有故障状态，直接停车，操作人员及维护人员无法查询到故障信息；传动装置和操作台之间的通讯采用电缆连接方式，这对于维护、施工都带来极大的不便。

随着冶金、机械和电气工业自动控制技术的应用，计算机科学技术的进歩，整体社会技术的改善，轧制工艺、金属材料、特别是钢材的轧制技术，在建造、理论和装配上有了质的飞跃。现有的轧钢控制系统均采用PLC构成分布式控制系统，各个分布控制部分采用工业总线进行通信，减少布线的麻烦，并且降低了维护和检修的难度。申请号：201310669221.3的发明专利，公开了一种PLC控制系统，包括远程I/O模块、PLC主站模块，远程I/O模块为VersaMax远程I/O模块，该发明在不更换PLC主站模块的前提下，将原有的Genius远程I/O模块更换为新型VersaMax远程I/O模块，主要采取GeniusBus通讯方式和GE90-30PLC模块进行数据交换实现彼此之间相互通讯，本控制系统不但可以减少主站PLC模块CPU控制模块的使用数量，同时还极大地节省了控制电缆的使用量，降低成本和人工维护量，弥补了不在生产老一代的远程I/O模块的缺陷，方便备品备件的统一订购和更换，但是该发明的主要目的在于减少设备和电缆的使用数量，从而达到降低成本和人工维护量的目的，没有针对轧钢连轧传动系统的控制系统和监控方法进行改进；申请号为：201320111098.9的实用新型专利，公开了一种轧机主电室电气监控系统，包括机组可编程控制器、立辊可编程控制器、油库可编程控制器、液压站可编程控制器和轴瓦监控可编程控制器，分别与交换机连接，交换机的输出连接主控室计算机，该实用新型采用基于Profibus及Internet的网络技术，实施与各可编程控制器PLC进行联网，具有快速有效、操作方便、安全、环保、用途广的特点，能起到根据历史趋势分析设备存在的隐患，排查故障点的作用，并且该实用新型可以动态了解设备信息和设备连锁信号状态，分析设备存在的隐患，及时解决设备故障，减少非计划停时，保生产顺行，节省能源，但是该实用新型只是实现了现场级的监控，没有实现整个系统的整合监控，并且系统的运行数据没有上传到服务器进行安全可靠的存储。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于PLC的连轧传动监控系统及其监控方法，实现了分散控制和集中监控的分布式控制模式，可方便的进行数据存储并且可与其他自动化系统实现互访，实现了不同系统之间数据的无缝结合。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于PLC的连轧传动监控系统，包括上位监控单元、中间网络单元和多个现地监测单元，所述上位监控单元通过第二通信模块与所述中间网络单元进行通信，所述中间网络单元通过第一通信总线与所述现地监测单元进行通信；所述上位监控单元包括操作员站、数据库服务器和WEB服务器，所述操作员站通过第一通信模块访问数据服务器和WEB服务器；所述中间网络单元包括第一数据服务器、第二数据服务器和数据采集服务器，所述第一数据服务器和第二数据服务器通过第三通信模块与数据采集服务器进行数据通信，所述第一数据服务器和第二数据服务器采用冗余设计；所述现地监测单元包括从站、传动装置和数据采集单元，所述从站通过第二通信总线与传动装置和数据采集单元进行数据通信，所述传动装置的输出端与现场设备电连接，所述数据采集单元的信号输入端与传感器单元的输出端电连接；所述数据库服务器和WEB服务器通过第二通信模块分别与第一数据服务器和第二数据服务器进行数据通信；所述从站通过第一通信总线与数据采集服务器进行数据通信。

优选的，所述第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块均采用交换机。

优选的，所述第一通信总线采用工业以太网总线。

优选的，所述从站包括控制器和人机交互设备，所述控制器通过RS485总线与所述人机交互设备进行数据通信，所述控制器扩展有工业以太网通信模块。

优选的，所述控制器采用S7-300PLC，所述人机交互设备采用触摸屏。

优选的，所述第一数据服务器和第二数据服务器之间为软冗余。

优选的，所述第二通信总线采用PROFIBUS-DP总线。

优选的，还包括智能手持设备，所述智能手持设备通过Internet网络与WEB服务器进行数据通信。

一种基于PLC的连轧传动监控系统的监控方法，包括以下步骤：

步骤1）：通过验证用户管理权限，根据用户的操作级别和不同的操作权限进入监控系统；

步骤2）：通过人机交互设备设置机组控制参数，所述的机组控制参数包括电机速度、电机电流、电机电压、钢坯参数和电机过载保护参数；

步骤3）：所述人机交互设备将机组控制参数发送给PLC；

步骤4）：通过PLC实时获取轧钢机组的机组运行参数，所述机组运行参数包括电机速度、电机电流、电机电压和电机温度；

步骤5）：根据所述机组控制参数和机组运行参数，通过PLC控制传动装置来控制轧钢机组的工作状态；

步骤6）：读取PLC系统时间，并实时将系统时间和系统时间相对应的机组运行参数通过第一通信总线发送给中间网络单元，所述中间网络单元通过第二通信模块将所述系统时间和系统时间相对应的机组运行参数发送给上位监控单元，所述上位监控单元中的操作员站可以将系统时间和系统时间相对应的机组运行参数实时的在屏幕上进行显示；

步骤7）：在步骤6）进行的同时，作业人员通过操作员站可以根据不同的生产要求修改机组控制参数，并将机组控制参数通过第二通信模块、中间网络单元和第一通信总线发送给PLC。

优选的，所述步骤6）中读取PLC系统时间的方法包括以下步骤：

步骤1）在PLC编程软件的编程界面中，完成硬件的组态后，使用OB1的临时变量OB1_DATE_TIME读取系统时间，将系统时间存入临时变量地址LB12–LB18中，变量地址LB12–LB18依次对应年-月-日-时-分-秒-星期；

步骤2）：使用Move指令将变量地址LB12–LB18中的数据存放到中间数据存储区中；

步骤3）：在OB1中，对存放时间数据的中间数据存储区进行寻址，就可以对PLC的系统时间进行读取。

本发明的有益效果是：

1、本发明实现的控制系统和监控系统为三级网络结构，各个网络结构之间通过交换机来实现数据通信，可方便的实现监控信息流的分层次流动，适合于不同管理的控制需要。并且由于采用分散控制，系统可以根据现场需要进行扩展，只需要通过总线接入即可实现系统的扩展，各个系统之间互不影响，提高了整个系统的稳定性和可靠性。

2、本发明的第一数据服务器和第二数据服务器采用软冗余设计，当第一数据服务器出现故障，能够自动实现切换，保证系统不间断的正常工作，将控制设备因意外而导致的停机损失降到最低，提高系统的可靠性。

3、本发明的上位监控单元包括数据库服务器和WEB服务器，可以将作业现场的运行数据和监控数据上传到数据库服务器和WEB服务器中，一方面可以实现与其他系统的数据整合，方便操作员站进行查看和统一管理；另一方面，可将数据进行存储，保证了数据的安全性。

4、现地监测单元的第二通信总线采用PROFIBUS-DP总线，实现了从站对传动装置的分布式控制，从站与现场控制设备之间可以进行大量、实时的信息交换，并且由于PROFIBUS-DP总线可以实现1到124个DP从站的扩展，大大提高了系统的可扩展性。

5、本发明中读取PLC系统时间的方法，读取方法简单并且不容易出错，解决了当采用常规方法读取PLC系统时间，在CDT输入对应数据块的地址时，很容易出现数据格式不对，无法进行编译的问题。

附图说明

图1为本发明实施例1的组成结构示意图；

图2为本发明实施例2的组成结构示意图；

图3为本发明实施例3的组成结构示意图；

图4为本发明实施例4的组成结构示意图；

图中：1-上位监控单元、11-操作员站、12-第一通信模块、13-WEB服务器、2-中间网络单元、21-第一数据服务器、22-第二数据服务器、3-现地监测单元、31-从站、32-第二通信总线、33-传动装置、34-现场设备、35-传感器单元、36-数据采集单元、4-智能手持设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

如图1所示，本发明包括上位监控单元1、中间网络单元2和多个现地监测单元3；上位监控单元1通过第二通信模块与中间网络单元2进行通信连接，中间网络单元2通过第一通信总线与现地监测单元3进行通信连接，本实施例中现地监测单元3的数目为两个。

上位监控单元1包括操作员站11、数据库服务器和WEB服务器13，操作员站11采用工控机，工控机内安装有监控组态软件，工控机通过第一通信模块12访问数据服务器和WEB服务器13，可以读取数据服务器和WEB服务器13中的数据，第一通信模块12采用交换机。

中间网络单元2包括第一数据服务器21、第二数据服务器22和数据采集服务器，第一数据服务器21和第二数据服务器22通过第三通信模块与数据采集服务器进行数据通信；第三通信模块采用交换机；第一数据服务器21和第二数据服务器22采用冗余设计，冗余方式采用软冗余，软冗余相较于硬冗余具有节约硬件成本的优点。

现地监测单元3包括从站31、传动装置33和数据采集单元36，从站31通过第二通信总线32与传动装置33和数据采集单元36进行数据通信，传动装置33的输出端与现场设备34电连接，数据采集单元36的信号输入端与传感器单元35的输出端电连接，传感器单元35包括电压传感器、电流传感器、温度传感器和旋转编码器，旋转编码器用于检测现场设备34中直流电机的转动速度；传动装置33采用四象限可逆直流调速装置，型号为西门子6RA7095-4LV62，第二通信总线32采用PROFIBUS-DP总线；数据库服务器和WEB服务器13通过第二通信模块分别与第一数据服务器21和第二数据服务器22进行数据通信,第二通信模块采用交换机；从站31通过第一通信总线与数据采集服务器进行数据通信,第一通信总线采用工业以太网总线；从站31包括控制器和人机交互设备，控制器通过RS485总线与人机交互设备进行数据通信，控制器采用S7-300PLC，人机交互设备采用触摸屏，并且控制器扩展有工业以太网通信模块，控制器通过工业以太网总线与数据采集服务器进行数据通信。

第一数据服务器21和第二数据服务器22之间采用软冗余设计，当第一数据服务器21出现故障，能够自动实现切换，保证系统不间断的正常工作，将控制设备因意外而导致的停机损失降到最低，提高系统的可靠性。

基于上述PLC的连轧传动监控系统的监控方法，包括以下步骤：

步骤1）：通过验证用户管理权限，根据用户的操作级别和不同的操作权限进入监控系统；

步骤2）：通过人机交互设备设置机组控制参数，机组控制参数包括电机速度、电机电流、电机电压、钢坯参数和电机过载保护参数；

步骤3）：人机交互设备将机组控制参数发送给PLC；

步骤4）：通过PLC实时获取轧钢机组的机组运行参数，机组运行参数包括电机速度、电机电流、电机电压和电机温度；

步骤5）：根据所述机组控制参数和机组运行参数，通过从站31控制传动装置33来控制轧钢机组的工作状态；

步骤6）：读取PLC系统时间，并实时将系统时间和系统时间相对应的机组运行参数通过第一通信总线发送给中间网络单元2，中间网络单元2通过第二通信模块将系统时间和系统时间相对应的机组运行参数发送给上位监控单元1，上位监控单元1中的操作员站11可以将系统时间和系统时间相对应的机组运行参数实时的在屏幕上进行显示；

步骤7）：在步骤6）进行的同时，作业人员通过操作员站11可以根据不同的生产要求修改机组控制参数，并将机组控制参数通过第二通信模块、中间网络单元2和第一通信总线发送给PLC。

在PLC的连轧传动监控系统的监控方法的步骤6）中读取PLC系统时间的方法包括以下步骤：

步骤1）在PLC编程软件的编程界面中，完成硬件的组态后，使用OB1的临时变量OB1_DATE_TIME读取系统时间，将系统时间存入临时变量地址LB12–LB18中，变量地址LB12–LB18依次对应年-月-日-时-分-秒-星期；

步骤2）：使用Move指令将变量地址LB12–LB18中的数据存放到中间数据存储区中；

步骤3）：在OB1中，对存放时间数据的中间数据存储区进行寻址，就可以对PLC的系统时间进行读取。

采用上述读取PLC系统时间的方法，读取方法简单并且不容易出错，解决了当采用常规方法读取PLC系统时间，在CDT输入对应数据块的地址时，很容易出现数据格式不对，无法进行编译的问题。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，如图2所示，数据采集单元36直接与从站31进行通信连接，数据采集单元36具有RS485通信接口，数据采集单元36通过RS485总线与从站31进行通信连接。

实施例3：

本实施例与实施例2的不同之处在于，如图3所示，本发明还包括智能手持设备4，智能手持设备4采用智能手机，智能手机安装有针对本系统进行开发的APP，通过APP接入Internet网络访问WEB服务器13，智能手持设备4可以随时随地的访问WEB服务器13中的数据，随时掌握系统的运行情况。

实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于，如图4所示，本发明还包括智能手持设备4，智能手持设备4采用智能手机，智能手机安装有针对本系统进行开发的APP，通过APP接入Internet网络访问WEB服务器13，智能手持设备4可以随时随地的访问WEB服务器13中的数据，随时掌握系统的运行情况。并且，现地监测单元3还包括高清摄像机和硬盘录像机，通过高清摄像机可以采集作业现场的实时图像信息，硬盘录像机的信号输出端与数据采集服务器电连接，通过硬盘录像机编码可以通过网络将图像信息传送到上位监控单元1的操作员站11进行图像显示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于PLC的连轧传动监控系统，其特征在于：包括上位监控单元、中间网络单元和多个现地监测单元，所述上位监控单元通过第二通信模块与所述中间网络单元进行通信，所述中间网络单元通过第一通信总线与所述现地监测单元进行通信；所述上位监控单元包括操作员站、数据库服务器和WEB服务器，所述操作员站通过第一通信模块访问数据服务器和WEB服务器；所述中间网络单元包括第一数据服务器、第二数据服务器和数据采集服务器，所述第一数据服务器和第二数据服务器通过第三通信模块与数据采集服务器进行数据通信，所述第一数据服务器和第二数据服务器采用冗余设计；所述现地监测单元包括从站、传动装置和数据采集单元，所述从站通过第二通信总线与传动装置和数据采集单元进行数据通信，所述传动装置的输出端与现场设备电连接，所述数据采集单元的信号输入端与传感器单元的输出端电连接；所述数据库服务器和WEB服务器通过第二通信模块分别与第一数据服务器和第二数据服务器进行数据通信；所述从站通过第一通信总线与数据采集服务器进行数据通信；

基于上述监控系统的监控方法：包括以下步骤：

步骤1）：通过验证用户管理权限，根据用户的操作级别和不同的操作权限进入监控系统；

步骤2）：通过人机交互设备设置机组控制参数，所述的机组控制参数包括电机速度、电机电流、电机电压、钢坯参数和电机过载保护参数；

步骤3）：所述人机交互设备将机组控制参数发送给PLC；

步骤4）：通过PLC实时获取轧钢机组的机组运行参数，所述机组运行参数包括电机速度、电机电流、电机电压和电机温度；

步骤5）：根据所述机组控制参数和机组运行参数，通过PLC控制传动装置来控制轧钢机组的工作状态；

步骤6）：读取PLC系统时间，并实时将系统时间和系统时间相对应的机组运行参数通过第一通信总线发送给中间网络单元，所述中间网络单元通过第二通信模块将所述系统时间和系统时间相对应的机组运行参数发送给上位监控单元，所述上位监控单元中的操作员站可以将系统时间和系统时间相对应的机组运行参数实时的在屏幕上进行显示；读取PLC系统时间的方法包括以下步骤：

步骤6.1）：在PLC编程软件的编程界面中，完成硬件的组态后，使用OB1的临时变量OB1_DATE_TIME读取系统时间，将系统时间存入临时变量地址LB12–LB18中，变量地址LB12–LB18依次对应年-月-日-时-分-秒-星期；

步骤6.2）：使用Move指令将变量地址LB12–LB18中的数据存放到中间数据存储区中；

步骤6.3）：在OB1中，对存放时间数据的中间数据存储区进行寻址，就可以对PLC的系统时间进行读取；

步骤7）：在步骤6）进行的同时，作业人员通过操作员站可以根据不同的生产要求修改机组控制参数，并将机组控制参数通过第二通信模块、中间网络单元和第一通信总线发送给PLC。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的连轧传动监控系统，其特征在于：所述第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块均采用交换机。

3.根据权利要求1所述的一种基于PLC的连轧传动监控系统，其特征在于：所述第一通信总线采用工业以太网总线。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于PLC的连轧传动监控系统，其特征在于：所述从站包括控制器和人机交互设备，所述控制器通过RS485总线与所述人机交互设备进行数据通信，所述控制器扩展有工业以太网通信模块。

5.根据权利要求4所述的一种基于PLC的连轧传动监控系统，其特征在于：所述控制器采用S7-300PLC，所述人机交互设备采用触摸屏。

6.根据权利要求1所述的一种基于PLC的连轧传动监控系统，其特征在于：所述第一数据服务器和第二数据服务器之间为软冗余。

7.根据权利要求1所述的一种基于PLC的连轧传动监控系统，其特征在于：所述第二通信总线采用PROFIBUS-DP总线。

8.根据权利要求1所述的一种基于PLC的连轧传动监控系统，其特征在于：还包括智能手持设备，所述智能手持设备通过Internet网络与WEB服务器进行数据通信。