I2S, CompactRIO를 사용하여 철강 압연기에서 PLC 자동화 최적화

I2S(Intergrated Industrial Systems)에서는 수년 동안 PLC(프로그램 가능 로직 컨트롤러, Programmable Logic Controller)를 사용하여 압연기를 자동화하고 제어해 왔습니다. 제철소의 효율성과 품질을 향상시키기 위해 감마 측정 시스템을 구현하여 금속 두께를 보다 정확하게 제어합니다. 감마 측정 시스템은 수년 동안 I2S 제품군의 필수 요소였으며 여전히 좋은 평가를 받고 있습니다. 그러나 하드웨어와 소프트웨어 모두에서 많은 기능이 구식이 되었습니다. 압연기의 효율성을 최적화하려면, 센서의 신호를 정확한 금속 두께로 변환하는 고급 처리 기능과 함께 정확한 아날로그 I/O를 갖춘 맞춤형 측정 디바이스가 필요했습니다. 안타깝게도 압연기를 자동화하는 데 사용되는 PLC는 필요한 고속 아날로그 I/O 및 처리 기능을 제공하지 못했습니다. NI CompactRIO PAC 하드웨어는 우리를 위한 탁월한 맞춤형 측정 및 분석 솔루션임이 입증되었습니다. 우리는 여러 CompactRIO 시스템을 기존 PLC 하드웨어와 쉽게 통합하여 압연기의 품질과 효율성을 빠르게 개선할 수 있었습니다.

CompactRIO 고속 아날로그 I/O 및 고급 처리 기능 제공

CompactRIO PAC는 우리가 필요로 하는 고속 아날로그 I/O 및 신호 처리 기능과 함께, 제어 시스템이라는 필수적 특성과 혹독한 환경을 버티는 PLC의 신뢰성과 견고성을 제공했습니다. NI LabVIEW 그래픽 기반 프로그래밍 도구와 내장된 LabVIEW FPGA 및 LabVIEW Real-Time 함수 블록을 사용하여 CompactRIO에서 FPGA와 리얼타임 프로세서를 신속하게 프로그래밍할 수 있었습니다. CompactRIO의 아날로그 입력 모듈은 감마 기반 두께 센서에 연결되므로 CompactRIO의 임베디드 FPGA(Field-Programmable Gate Array)로 동기화 및 I/O 속도를 사용자 정의할 수 있습니다. CompactRIO 아날로그 I/O 및 디지털 I/O 모듈은 감마 기반 두께 센서에 연결되며 CompactRIO의 임베디드 FPGA는 I/O 속도와 동기화를 사용자 정의할 수 있게 합니다. 그런 다음 센서로부터 수신된 데이터는 NI LabVIEW Real-Time 부동소수 함수 블록을 사용하여 CompactRIO 리얼타임 프로세서에서 처리되어 센서의 데이터가 정확한 두께 측정값으로 변환됩니다. LabVIEW Real-Time은 두께 측정값을 계산하기 위해 FPGA로부터 수신된 데이터에 대해 결정성 있는 고급 로그 처리(아래 식 1과 2 참조)를 수행합니다.

식 1: log I = log I0 γ/μ = (γ/μ) log I0

식 2: μ = γ log I0 / log I = γ log (I0 – I)

CompactRIO 시스템은 FPGA와 리얼타임 프로세서에서 모든 I/O와 신호 처리를 수행하고, 기존 PLC 제어 루프 속도를 늦추지 않고 고정밀 두께 측정값을 연결된 PLC로 전송합니다. CompactRIO의 성능 덕분에 제어 속도를 저하시키지 않으면서 감마 기반 센서에 이 사용자 정의 측정 및 분석을 추가할 수 있었습니다.

CompactRIO 기존 PLC 아키텍처에 쉽게 연결

각 압연기는 세 개의 네트워크로 연결된 CompactRIO 시스템을 포함합니다. 세 개의 CompactRIO 시스템은 모두 산업 표준 Modbus/TCP, TCP/IP 및 UDP 프로토콜을 사용하여 수많은 컨트롤러와 통신하는 지능형 노드입니다. 두 개의 CompactRIO 시스템이 감마 기반 센서에 연결되어 있으며, 정확한 두께 측정을 계산하기 위한 고급 처리와 함께 아날로그 입력 측정을 수행합니다. 세 번째 CompactRIO 시스템은 다른 두 시스템의 두께 측정값을 받아 압연기를 제어하는 PLC로 측정값을 아날로그로 출력합니다. 세 개의 CompactRIO 시스템은 모두 이더넷 연결을 통해 연결되어 있으며, UDP 이더넷 메시징 프로토콜을 사용하여 두께 측정 계산값을 전송합니다. 처리된 데이터는 이더넷을 통해 네트워크로 연결된 CompactRIO 시스템 사이에서 20밀리초 미만의 간격으로 전송됩니다. CompactRIO 측정값의 수집, 처리 및 전송은 모두 제어 루프 속도를 감소시키지 않고 PLC 제어 루프 내에 정확한 두께 측정을 포함할 수 있을 만큼 충분히 빠르게 수행됩니다. 10/100Mbps 이더넷 포트가 있는 LAN 기반 CompactRIO 시스템을 사용하여 우리는 시스템을 네트워크로 연결된 Allen Bradley PLCS와 HMI(Human Machine Interface) 시스템에 표준 TCP/IP 프로토콜을 통해 쉽게 연결할 수 있었습니다. 당사 압연기 내 모든 계측기는 이더넷 기반이어서 전기적 노이즈가 많은 환경에서 아날로그 신호가 장거리를 이동할 필요가 없습니다. 시스템 다이어그램은 아래 그림 1과 같습니다.

감마 게이지에 대해

감마 게이지는 일정한 방출 소스(이 경우 Americium)를 사용하는 디바이스입니다. 소스는 "C"-프레임 어셈블리의 하부에 고정됩니다. 프레임 상단 부분에는 리시버와 전치 증폭기가 있습니다. 금속 스트립이 소스와 수신기를 분리하는 간격을 통과할 때, 두께와 밀도에 따라 복사의 일부를 흡수합니다. 남은 양이 수신기에 의해 측정되고 스트립 두께 측정값으로 변환됩니다.

저자 정보:

클락 험멜(Clark Hummel)
I2S
475 Main Street
Yalesville, CT 06492
미국
전화: (203) 265-5684
clark@i2sworld.com