于鴻銀

(沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司, 遼寧 沈陽(yáng) 110001)

近年來(lái)工業(yè)自動(dòng)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(qiáng)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(dòng)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(duì)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)時(shí)處理。

PlantPAx控制系統(tǒng)不僅是一個(gè)分布式過(guò)程控制系統(tǒng),同時(shí)也是自動(dòng)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(jī)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(shí)為過(guò)程行業(yè)用戶落地智能制造提供了易于部署和擴(kuò)展的系統(tǒng)化平臺(tái)[1]。

PlantPAx控制系統(tǒng)繼承了傳統(tǒng)DCS和傳統(tǒng)PLC的優(yōu)點(diǎn),不但擅長(zhǎng)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(lái)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(jì)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(fēng)動(dòng)溜槽、離心通風(fēng)機(jī)及送風(fēng)管路等組成。其輸送原理是利用低壓風(fēng)通過(guò)透氣板將風(fēng)動(dòng)溜槽內(nèi)的氧化鋁流態(tài)化,使其具有流體的性質(zhì),同時(shí)沿著輸送方向建立料柱差,當(dāng)料柱差所產(chǎn)生的推動(dòng)力足以克服流體流動(dòng)的摩擦阻力時(shí),流態(tài)化的氧化鋁向前流動(dòng),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(cāng)中的載氟氧化鋁輸送至每臺(tái)電解槽槽上氧化鋁料箱中。每套超濃相輸送系統(tǒng)負(fù)責(zé)160臺(tái)電解槽的氧化鋁供應(yīng),將載氟氧化鋁貯倉(cāng)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(shí)向電解槽上供料,每天充料時(shí)間約7～9小時(shí)。每個(gè)區(qū)每段末端兩臺(tái)電解槽槽上輸送溜槽下料管設(shè)有料位計(jì)安裝位置,料位計(jì)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(dāng)該電解槽大修時(shí),將料位計(jì)移至前一臺(tái)電解槽槽上輸送溜槽下料管的相同位置。

2 PlantPAx硬件設(shè)計(jì)

2.1 PlantPAx控制系統(tǒng)平臺(tái)搭建

PlantPAx控制系統(tǒng)平臺(tái)由多臺(tái)物理服務(wù)器、共享存儲(chǔ)、核心交換機(jī)等組成,構(gòu)成統(tǒng)一的虛擬計(jì)算機(jī)資源池。虛擬計(jì)算機(jī)上運(yùn)行著針對(duì)各種控制系統(tǒng)和任務(wù)需求的虛擬機(jī),這些虛擬機(jī)結(jié)合PlantPAx控制系統(tǒng)形成一個(gè)滿足信息化和工業(yè)化融合管理體系要求的全廠自動(dòng)控制系統(tǒng)。該平臺(tái)作為信息技術(shù)與自動(dòng)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(huà)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(kuò)展性、高穩(wěn)定性、快速部署、快速恢復(fù)的優(yōu)勢(shì)。

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

(1)交換機(jī)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用兩臺(tái)CISCO3850系列3層交換機(jī),采用Stack模式,一臺(tái)為Activie,一臺(tái)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(tái)高性能服務(wù)器

本系統(tǒng)中設(shè)有3臺(tái)服務(wù)器,其中2臺(tái)為生產(chǎn)系統(tǒng)提供虛擬化環(huán)境,1臺(tái)提供數(shù)據(jù)備份功能。通過(guò)在2臺(tái)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(lái)滿足傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中人機(jī)交互界面的應(yīng)用需求。

(3)EMC存儲(chǔ)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(chǔ)方式,搭建的共享存儲(chǔ)為NAS。

2.2 超濃相輸送網(wǎng)絡(luò)配置

現(xiàn)場(chǎng)控制器支持ControlNet和EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)中的冗余功能。每個(gè)冗余控制器都擁有足夠的內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)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(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)擾動(dòng)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(shí)新舊數(shù)據(jù)內(nèi)存中的內(nèi)容混雜的情況[2]。

中心機(jī)房的核心交換機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)控制室設(shè)置了兩條相互冗余的網(wǎng)絡(luò),以下簡(jiǎn)稱為“AB網(wǎng)”,AB網(wǎng)連接到現(xiàn)場(chǎng)的匯聚交換機(jī)。本系統(tǒng)擁有4個(gè)系列的超濃相輸送系統(tǒng),所以在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了4臺(tái)操作員站分別放在了每個(gè)系列的控制室中,方便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控?？刂茖釉O(shè)置了4組冗余的交換機(jī),并接入到AB網(wǎng)中,每組超濃相控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)線接入到對(duì)應(yīng)的冗余交換機(jī),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(guò)光纖接入廠區(qū)中心機(jī)房的核心交換機(jī),然后連接到IDC服務(wù)器,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)送入到集控中心的6臺(tái)瘦客戶端以及大屏幕,實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)表、趨勢(shì)曲線、報(bào)警等功能。

3 PlantPAx軟件設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)畫(huà)面組態(tài)

本系統(tǒng)采用FactoryTalk View Site Edition平臺(tái),用于開(kāi)發(fā)和運(yùn)行整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多個(gè)用戶和服務(wù)器的人機(jī)界面HMI應(yīng)用程序。該上位機(jī)平臺(tái)提供了創(chuàng)建強(qiáng)大、可靠的過(guò)程監(jiān)視和監(jiān)督級(jí)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(chǔ)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(gè)標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫(kù),可執(zhí)行報(bào)警檢測(cè)和歷史數(shù)據(jù)記錄,圖1為超濃相輸送的組態(tài)畫(huà)面。

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

圖2 超濃相輸送報(bào)警畫(huà)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(kāi)選項(xiàng)Communication Setup可以在網(wǎng)絡(luò)中搜尋到各個(gè)子項(xiàng)的IP地址,然后添加子項(xiàng)名稱,與對(duì)應(yīng)子項(xiàng)IP地址相連接,就可以讀取到相應(yīng)子項(xiàng)的數(shù)據(jù)源,具體連接方式見(jiàn)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(bào)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(jī)組態(tài)

本文以超濃相輸送自動(dòng)下料控制為例展示Pla-ntPAx軟件設(shè)計(jì)。在每個(gè)超濃相輸送系統(tǒng)的末端電解槽位置設(shè)置了8個(gè)末端料位計(jì),實(shí)時(shí)監(jiān)控上料箱是否滿倉(cāng)。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(dāng)系統(tǒng)切換到程序模式,并點(diǎn)擊一鍵啟動(dòng)后該流程正式開(kāi)啟,電動(dòng)閥自動(dòng)開(kāi)閥關(guān)閥,電動(dòng)閥到達(dá)限位位置后,自動(dòng)開(kāi)啟槽下風(fēng)機(jī),對(duì)上料箱進(jìn)行分料動(dòng)作,操作員可以自行設(shè)定分料時(shí)間或者通過(guò)與上料箱料位聯(lián)鎖來(lái)控制分料時(shí)間,當(dāng)料位開(kāi)關(guān)報(bào)警或者到達(dá)設(shè)定時(shí)間,自動(dòng)進(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分段供料系統(tǒng)的軟件組態(tài),對(duì)下料順序以及時(shí)間等參數(shù)進(jìn)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(yǔ)

PlantPAx控制系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)某超濃相輸送項(xiàng)目成功應(yīng)用,該系統(tǒng)的監(jiān)控畫(huà)面簡(jiǎn)潔,實(shí)用、易于操作,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與該系統(tǒng)進(jìn)行通訊,實(shí)現(xiàn)了超濃相輸送系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障報(bào)警、趨勢(shì)曲線以及操作員記錄等功能。經(jīng)過(guò)了兩年多的應(yīng)用,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

針對(duì)超濃相輸送分段給料系統(tǒng),不僅能夠?qū)崟r(shí)反饋超濃相輸送系統(tǒng)中各類生產(chǎn)數(shù)據(jù),同時(shí)操作員可以在監(jiān)控畫(huà)面完成對(duì)下料順序以及時(shí)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(dòng)給料過(guò)程,達(dá)到了優(yōu)化的目的。