羅克韋爾自動(dòng)化PLC在華潤(rùn)水泥(南寧)項(xiàng)目中的應(yīng)用

摘 要 在水泥生產(chǎn)線自動(dòng)化控制領(lǐng)域，羅克韋爾自動(dòng)化的軟硬件已經(jīng)得到了廣泛的使用，在華潤(rùn)水泥（南寧）有限公司的一二期水泥生產(chǎn)線和余熱發(fā)電的自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用的都是羅克韋爾的軟硬件，這些軟硬件以其穩(wěn)定的性能、易于使用的特點(diǎn)得到工控人員的廣泛認(rèn)可。本論文主要是簡(jiǎn)單介紹這個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)以及在華潤(rùn)水泥（南寧）項(xiàng)目中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 上位軟件；下位軟件；網(wǎng)絡(luò)；冗余熱備

中圖分類號(hào) TP 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)061-0193-01

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：華潤(rùn)水泥（南寧）有限公司項(xiàng)目總投資13億元，建設(shè)2條工藝先進(jìn)的日產(chǎn)5 000噸水泥熟料新型干法水泥生產(chǎn)線。該工程采用當(dāng)今國(guó)際最先進(jìn)的旋風(fēng)預(yù)分解窯新型干法水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)，采用集散控制系統(tǒng)，整個(gè)生產(chǎn)流程自動(dòng)化，配備有齊全的環(huán)保收塵設(shè)備，并同期建設(shè)余熱發(fā)電機(jī)組，同時(shí)投入使用，具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。

1 羅克韋爾ControlLogix系統(tǒng)的概述

羅克韋爾自動(dòng)化的ControlLogix控制系統(tǒng)，以PLC和DCS融合發(fā)展的集成控制方式，改變了傳統(tǒng)意義上PLC的局限性，面向?qū)崟r(shí)控制、數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)組態(tài)目標(biāo)開發(fā)的NetLinx通訊體系結(jié)構(gòu)，將過(guò)程控制，順序控制，傳動(dòng)系統(tǒng)，通訊網(wǎng)絡(luò)集成在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上，使系統(tǒng)的開發(fā)，應(yīng)用，維護(hù)成本大大降低，在快速簡(jiǎn)捷的順序控制的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)了過(guò)程控制的能力。

2 ControlLogix控制系統(tǒng)在華潤(rùn)水泥（南寧）項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1 概述

羅克韋爾的軟件分為上位軟件與下位軟件、接口驅(qū)動(dòng)軟件、網(wǎng)絡(luò)配置軟件等。其中，上位人機(jī)界面軟件目前較常采用RSView SE套裝軟件，其中一線使用的是4.0版本，二線使用的是5.0版本；下位組態(tài)編程軟件RSLogix 5000 16版本軟件；接口驅(qū)動(dòng)軟件就是RSLinx；而網(wǎng)絡(luò)配置軟件有RSNetworx for ContolNet。

使用的硬件是羅克韋爾的ControlLogix 平臺(tái)的CPU與IO 模塊。

2.2 網(wǎng)絡(luò)介紹及應(yīng)用

2.2.1 控制與信息網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)水泥工藝的流程，一線項(xiàng)目劃分為礦山、原料調(diào)配、原料磨、窯尾、窯頭、水泥磨以及余熱發(fā)電七個(gè)主站，二線項(xiàng)目則分為原料磨、窯尾、窯頭、水泥磨、水泥包裝和余熱發(fā)電六個(gè)

主站。

以下為項(xiàng)目生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)描述：

EtherNet/IP：這種網(wǎng)絡(luò)主要用來(lái)與計(jì)算機(jī)人機(jī)界面軟件RSView SE進(jìn)行以太網(wǎng)通訊交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的人機(jī)監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)線使用普通以太網(wǎng)電纜，不需要軟件來(lái)配置網(wǎng)絡(luò)。主站之間使用的就是這種網(wǎng)絡(luò)，其中二線使用的是以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，使控制信息實(shí)現(xiàn)冗余，保證了通訊網(wǎng)絡(luò)可以在有電纜斷開的情況下依然不會(huì)癱瘓而繼續(xù)保持暢通。

ControlNet：廣泛應(yīng)用于ControlLogix平臺(tái)的控制網(wǎng)，A/B通道冗余，主要用于擴(kuò)展遠(yuǎn)程IO模塊。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一個(gè)交換平臺(tái)，只要遵循此協(xié)議的硬件都可以與控制器交換信息。網(wǎng)絡(luò)線使用同軸電纜，比如RG6電纜。使用RSNetworx for ContolNet 軟件配置網(wǎng)絡(luò)。主站與子站之間通過(guò)控制網(wǎng)來(lái)完成通訊，因是A/B通道冗余，當(dāng)其中一條同軸電纜出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行，提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線

生產(chǎn)線還將部分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線方式傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，連線少，而且系統(tǒng)擴(kuò)充性好?，F(xiàn)場(chǎng)總線介紹如下：

Profibus-DP：主要用于連接變頻器、軟啟動(dòng)器、電動(dòng)閥等。這種網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)線使用紫色的485專用電纜，使用SST Profibus Configuration Tool軟件配置網(wǎng)絡(luò)。

Profibus-PA：經(jīng)DP/PA耦合器轉(zhuǎn)換而來(lái)，主要用于連接溫度、壓力儀表等。這種網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)線使用黑色的專用PA電纜，使用SST Profibus Configuration Tool軟件配置網(wǎng)絡(luò)。

Modbus：主要用于連接電表網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)線使用黑色的485雙絞線電纜，不需要軟件配置網(wǎng)絡(luò)。

2.3 上位軟件

上位監(jiān)控人機(jī)界面軟件為羅克韋爾的RSView SE冗余熱備套裝軟件。給服務(wù)器和客戶端安裝相應(yīng)的授權(quán)即可。

要想在服務(wù)器故障期間，確保監(jiān)視和控制功能損失的最小化，RSView SE軟件提供了冗余特性，包括：

1）在最糟糕的情況下，客戶端在5秒鐘內(nèi)檢測(cè)到與主服務(wù)器的通訊丟失，然后在少于30秒鐘就可以切換到從服務(wù)器。通常，客戶端在5秒鐘內(nèi)檢測(cè)到服務(wù)器故障，且在少于5秒鐘的時(shí)間內(nèi)就能夠完成故障切換（連接到從HMI 服務(wù)器）。這意味著，客戶端在應(yīng)用項(xiàng)目的運(yùn)行過(guò)程中也許不會(huì)看到任何中斷。

2）RSView SE和內(nèi)置的FactoryTalk提供的冗余能力對(duì)客戶端來(lái)說(shuō)是完全自動(dòng)化和透明的。在服務(wù)器故障檢測(cè)和切換過(guò)程中，操作員不需要采取任何措施或重新啟動(dòng)軟件，以持續(xù)使用該系統(tǒng)。

3）在故障切換過(guò)程中，操作員可以繼續(xù)與仍然在線的服務(wù)器交互。在顯示故障服務(wù)器數(shù)據(jù)的顯示域中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)線框視圖，以便通知操作員不使用這些可能不正確的標(biāo)簽值。

4）一旦系統(tǒng)切換到備份服務(wù)器，客戶端會(huì)持續(xù)正常工作。

5）當(dāng)主服務(wù)器重新可用時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)切回主服務(wù)器。

兩個(gè)服務(wù)器互為冗余熱備，服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行HMI服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器，客戶端的相關(guān)數(shù)據(jù)都從這些服務(wù)器取得。

2.4 下位軟件

羅克韋爾的下位梯形圖編程軟件為RSLogix5000，主要用來(lái)對(duì)ControlLogix系統(tǒng)的cpu進(jìn)行編程，包括對(duì)ControlLogix1756-L6X等cpu編程。其軟件編程特點(diǎn)是對(duì)應(yīng)模塊的地址是相對(duì)于槽位的固定結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)地址。

2.5 接口驅(qū)動(dòng)軟件

羅克韋爾的網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)軟件就是RSLinx，RSLinx GateWay版本基本上就是一個(gè)全版本的軟件。

除了上位和下位的連接，我們還應(yīng)用其支持的OPC協(xié)議與質(zhì)管部的原料配料系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成質(zhì)管部對(duì)原料配料的調(diào)配控制。同時(shí)還將數(shù)據(jù)傳輸給公司網(wǎng)上工廠服務(wù)器，在公司局域網(wǎng)中能查看生產(chǎn)線的設(shè)備運(yùn)行狀況和參數(shù)顯示，使公司領(lǐng)導(dǎo)及有關(guān)人員能即時(shí)了解生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)。

2.6 硬件的應(yīng)用

1）生產(chǎn)線使用的數(shù)字、模擬輸入輸出硬件模塊主要為1756系列的IB32，OB32，IF16，OF8等。這些硬件大部分都有自診斷功能，比如通道損壞、通道開路等故障診斷。

2）總線數(shù)據(jù)傳輸則是通過(guò)SST-PB3-CLX-RLL模塊作為“橋梁”。所有的輸入輸出模塊均支持熱插拔，允許用戶在不關(guān)閉系統(tǒng)，不切斷電源的情況下取出和更換損壞的模塊，從而提高了系統(tǒng)對(duì)災(zāi)難的及時(shí)恢復(fù)能力、擴(kuò)展性和靈活性等。

3）機(jī)架電源模塊為1756-PA72。CPU則采用的是L62，其中余熱發(fā)電和二線的窯頭窯尾和原料主站采用了ControlLogix硬件冗余功能，其硬件結(jié)構(gòu)由兩組完全一樣的控制器框架組成，兩塊CPU同時(shí)在系統(tǒng)中運(yùn)行，當(dāng)其中任一塊CPU發(fā)生故障時(shí)另一塊CPU立即監(jiān)視到并發(fā)出報(bào)警，自動(dòng)將正常的CPU投入主控模式。CPU的無(wú)擾切換，使系統(tǒng)一直受控，確保了安全。在組態(tài)軟件中能看到每個(gè)模塊的工作狀態(tài)，便于相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)；CPU安裝有電池可以保障在外電丟失的情況下防止程序丟失，CPU模塊中的電池狀態(tài)也可觀測(cè)，可以在第一時(shí)間內(nèi)對(duì)有故障的電池進(jìn)行更換。

3 羅克韋爾控制系統(tǒng)在華潤(rùn)水泥南寧項(xiàng)目中的成功應(yīng)用

華潤(rùn)水泥（南寧）公司自投產(chǎn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備的調(diào)試和故障診斷方便快速，縮短了設(shè)備排查故障的時(shí)間。ControlLogix控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和使用中靈活多變，所以在投產(chǎn)后的后續(xù)技改項(xiàng)目均能較容易的找到有效的解決方法，充分體現(xiàn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性能。

參考文獻(xiàn)

[1]Rockwell Automation:ControlLogix選型指南.

[2]美國(guó)A-B PLC自動(dòng)化硬件及軟件手冊(cè).

[3]Rockwell Automation:Publication IA-BR002C-ZH.集成架構(gòu).