于鴻銀

(沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司, 遼寧 沈陽 110001)

近年來工業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展迅速,工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用分布式控制系統(tǒng),使用工業(yè)控制系統(tǒng)能夠使復(fù)雜的生產(chǎn)工藝流程變得可視化,系統(tǒng)化。超濃相輸送系統(tǒng)具有很強的流程性、邏輯性,利用自控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)自動化,可以大大節(jié)省人力物力,提高工作效率,而且能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)的實時監(jiān)控,實時處理。

PlantPAx控制系統(tǒng)不僅是一個分布式過程控制系統(tǒng),同時也是自動化行業(yè)所倡導(dǎo)的互聯(lián)企業(yè)(the Connected Enterprise)解決方案的重要組成部分,將生產(chǎn)設(shè)備、控制設(shè)備、人機交互設(shè)備以及信息層應(yīng)用的數(shù)據(jù)鏈路打通,不僅提供穩(wěn)定可靠的控制,同時為過程行業(yè)用戶落地智能制造提供了易于部署和擴展的系統(tǒng)化平臺[1]。

PlantPAx控制系統(tǒng)繼承了傳統(tǒng)DCS和傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點,不但擅長于數(shù)字量的控制,其模擬量及回路調(diào)節(jié)控制能力已經(jīng)優(yōu)于傳統(tǒng)DCS。近年來工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)逐漸成熟并得到了廣泛應(yīng)用,在電解鋁廠超濃相輸送的集中控制系統(tǒng)的設(shè)計中,采用PlantPAx控制系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng)是一種合理的選擇。

1 超濃相輸送工藝流程

超濃相輸送屬于氣力輸送中的流態(tài)化輸送技術(shù),主要是由風動溜槽、離心通風機及送風管路等組成。其輸送原理是利用低壓風通過透氣板將風動溜槽內(nèi)的氧化鋁流態(tài)化,使其具有流體的性質(zhì),同時沿著輸送方向建立料柱差,當料柱差所產(chǎn)生的推動力足以克服流體流動的摩擦阻力時,流態(tài)化的氧化鋁向前流動,從而完成輸送任務(wù)。

氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)的功能是將電解車間內(nèi)載氟氧化鋁貯倉中的載氟氧化鋁輸送至每臺電解槽槽上氧化鋁料箱中。每套超濃相輸送系統(tǒng)負責160臺電解槽的氧化鋁供應(yīng),將載氟氧化鋁貯倉內(nèi)的載氟氧化鋁輸送至電解槽槽上氧化鋁料箱內(nèi)。超濃相輸送系統(tǒng)每天可定時向電解槽上供料,每天充料時間約7～9小時。每個區(qū)每段末端兩臺電解槽槽上輸送溜槽下料管設(shè)有料位計安裝位置,料位計安裝在每段末端電解槽槽上輸送溜槽下料管上,指示加料狀態(tài),當該電解槽大修時,將料位計移至前一臺電解槽槽上輸送溜槽下料管的相同位置。

2 PlantPAx硬件設(shè)計

2.1 PlantPAx控制系統(tǒng)平臺搭建

PlantPAx控制系統(tǒng)平臺由多臺物理服務(wù)器、共享存儲、核心交換機等組成,構(gòu)成統(tǒng)一的虛擬計算機資源池。虛擬計算機上運行著針對各種控制系統(tǒng)和任務(wù)需求的虛擬機,這些虛擬機結(jié)合PlantPAx控制系統(tǒng)形成一個滿足信息化和工業(yè)化融合管理體系要求的全廠自動控制系統(tǒng)。該平臺作為信息技術(shù)與自動化技術(shù)融合的代表,集控制系統(tǒng)服務(wù)器、工程師站、歷史數(shù)據(jù)記錄、HMI控制畫面和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)域控制器于一體,采用Vsphere虛擬化技術(shù),具備高可用性、高可靠性、可擴展性、高穩(wěn)定性、快速部署、快速恢復(fù)的優(yōu)勢。

該平臺主要由交換機、服務(wù)器、存儲等硬件組成。以本系統(tǒng)為例,硬件設(shè)備主要包括2臺核心交換機,3臺共性能主機和1套存儲。

(1)交換機及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用兩臺CISCO3850系列3層交換機,采用Stack模式,一臺為Activie,一臺為Standby。包括兩組數(shù)據(jù)堆疊線與兩組電源堆疊線纜。

(2)多臺高性能服務(wù)器

本系統(tǒng)中設(shè)有3臺服務(wù)器,其中2臺為生產(chǎn)系統(tǒng)提供虛擬化環(huán)境,1臺提供數(shù)據(jù)備份功能。通過在2臺高配置的多核服務(wù)器上安裝vSphere ESXi,創(chuàng)建控制系統(tǒng)所需的服務(wù)器、工程師站、操作站等虛擬服務(wù)器的方式,來滿足傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中人機交互界面的應(yīng)用需求。

(3)EMC存儲系統(tǒng)

利用VNXe3200搭建了NAS(Network Attached Storage)和SAN(Storage Area Network)混合的集中存儲方式,搭建的共享存儲為NAS。

2.2 超濃相輸送網(wǎng)絡(luò)配置

現(xiàn)場控制器支持ControlNet和EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)中的冗余功能。每個冗余控制器都擁有足夠的內(nèi)存來存儲兩倍于控制器數(shù)據(jù)和I/O內(nèi)存的內(nèi)容,以支持程序修改。冗余控制器中內(nèi)存使用率的提高使得在切換過程中能夠?qū)崿F(xiàn)無擾動切換,從而確保從控制器的輸出映像中擁有與主控制器相同的值。額外內(nèi)存可防止在切換到從控制器時新舊數(shù)據(jù)內(nèi)存中的內(nèi)容混雜的情況[2]。

中心機房的核心交換機到現(xiàn)場控制室設(shè)置了兩條相互冗余的網(wǎng)絡(luò),以下簡稱為“AB網(wǎng)”,AB網(wǎng)連接到現(xiàn)場的匯聚交換機。本系統(tǒng)擁有4個系列的超濃相輸送系統(tǒng),所以在現(xiàn)場設(shè)置了4臺操作員站分別放在了每個系列的控制室中,方便對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。控制層設(shè)置了4組冗余的交換機,并接入到AB網(wǎng)中,每組超濃相控制系統(tǒng)通過網(wǎng)線接入到對應(yīng)的冗余交換機,每組多空下料裝置接入到每組超濃相控制系統(tǒng)的通訊模塊。

AB網(wǎng)通過光纖接入廠區(qū)中心機房的核心交換機,然后連接到IDC服務(wù)器,現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)送入到集控中心的6臺瘦客戶端以及大屏幕,實現(xiàn)了集中監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)、報表、趨勢曲線、報警等功能。

3 PlantPAx軟件設(shè)計

3.1 上位機畫面組態(tài)

本系統(tǒng)采用FactoryTalk View Site Edition平臺,用于開發(fā)和運行整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個用戶和服務(wù)器的人機界面HMI應(yīng)用程序。該上位機平臺提供了創(chuàng)建強大、可靠的過程監(jiān)視和監(jiān)督級控制應(yīng)用程序所需的所有工具。

(1)FactoryTalk View SE Server,也稱為HMI服務(wù)器,可存儲HMI工程組件(例如,圖形顯示)并將它們提供給客戶端。該服務(wù)器還包含一個標簽數(shù)據(jù)庫,可執(zhí)行報警檢測和歷史數(shù)據(jù)記錄,圖1為超濃相輸送的組態(tài)畫面。

(2)FactoryTalk Alarms and Events可提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的報警監(jiān)視。在FactoryTalk View可以選擇比較重要的參數(shù),設(shè)定其報警值,在FactoryTalk View SE Client中,一旦有報警就會發(fā)生聲音并顯示在報警插件之中,如圖2所示。

圖2 超濃相輸送報警畫面

(3)RSLinx Enterprise通訊服務(wù)器,登陸FactoryTalk View Studio,添加該服務(wù)器RSLinx Enterprise,然后展開選項Communication Setup可以在網(wǎng)絡(luò)中搜尋到各個子項的IP地址,然后添加子項名稱,與對應(yīng)子項IP地址相連接,就可以讀取到相應(yīng)子項的數(shù)據(jù)源,具體連接方式見圖3所示。

圖3 RSLinx Enterprise通訊服務(wù)器

(4)FactoryTalk Historian歷史數(shù)據(jù)系統(tǒng),由PI數(shù)據(jù)服務(wù)器、FactoryTalk Live Data數(shù)據(jù)接口服務(wù)器及FactoryTalk Vantage Point報表系統(tǒng)構(gòu)成,可以提供歷史數(shù)據(jù)曲線圖,提供歷史數(shù)據(jù)曲線的查詢窗口界面。

3.2 下位機組態(tài)

本文以超濃相輸送自動下料控制為例展示Pla-ntPAx軟件設(shè)計。在每個超濃相輸送系統(tǒng)的末端電解槽位置設(shè)置了8個末端料位計,實時監(jiān)控上料箱是否滿倉。依據(jù)該儀表的特性并結(jié)合PlantPAx邏輯組態(tài)功能,本系統(tǒng)完成了一鍵啟停超濃相輸送分段下料流程的功能。當系統(tǒng)切換到程序模式,并點擊一鍵啟動后該流程正式開啟,電動閥自動開閥關(guān)閥,電動閥到達限位位置后,自動開啟槽下風機,對上料箱進行分料動作,操作員可以自行設(shè)定分料時間或者通過與上料箱料位聯(lián)鎖來控制分料時間,當料位開關(guān)報警或者到達設(shè)定時間,自動進行后續(xù)控制流程直到完成分料工作,該程序結(jié)束。該流程控制邏輯如圖4所示。

圖4 超濃相輸送分段給料控制邏輯圖

在圖5中,本系統(tǒng)引用了PlantPAx編程軟件中的順控塊P-SEQ來實現(xiàn)自動分段供料系統(tǒng)的軟件組態(tài),對下料順序以及時間等參數(shù)進行設(shè)定。

圖5 超濃相輸送分段給料系統(tǒng)順控塊組態(tài)

4 結(jié) 語

PlantPAx控制系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)某超濃相輸送項目成功應(yīng)用,該系統(tǒng)的監(jiān)控畫面簡潔,實用、易于操作,現(xiàn)場設(shè)備能夠通過工業(yè)以太網(wǎng)與該系統(tǒng)進行通訊,實現(xiàn)了超濃相輸送系統(tǒng)的實時監(jiān)控、故障報警、趨勢曲線以及操作員記錄等功能。經(jīng)過了兩年多的應(yīng)用,系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

針對超濃相輸送分段給料系統(tǒng),不僅能夠?qū)崟r反饋超濃相輸送系統(tǒng)中各類生產(chǎn)數(shù)據(jù),同時操作員可以在監(jiān)控畫面完成對下料順序以及時間等參數(shù)的調(diào)整,相較于以往控制系統(tǒng)能夠更加便捷的監(jiān)控自動給料過程,達到了優(yōu)化的目的。