ControlLogix冗余控制系統(tǒng)在柳鋼2#高爐的應(yīng)用

摘 要：柳鋼2#高爐采用AB ControlLogix冗余控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程檢測(cè)與控制，通過現(xiàn)場(chǎng)總線方式實(shí)現(xiàn)各分站間的通訊，使用FactoryTalk View Studio軟件制作上位機(jī)控制畫面，取得了穩(wěn)定的控制效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；ControlLogix；冗余；高爐

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）33-0236-02

1 前 言

柳鋼2#高爐于2012年9月投產(chǎn)，爐容2650m3?？刂葡到y(tǒng)采用了Rockwell公司推出的Controllogix的冗余CPU控制系統(tǒng)。所謂冗余，即指重復(fù)配置系統(tǒng)的部分部件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，冗余配置的部件介入并承擔(dān)替代故障部件的工作，由此減少系統(tǒng)的故障時(shí)間，可大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 ControlLogix冗余控制系統(tǒng)特點(diǎn)

ControlLogix可以提供完善的CPU冗余功能，采用熱備的方式構(gòu)建控制器，兩個(gè)CPU使用完全相同的配置，CPU之間使用同軸電纜連接。不僅控制器可以采用熱備，通訊網(wǎng)絡(luò)、電源也采用相似的方式進(jìn)行熱備?？紤]到距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)多、容易受干擾等因素，采用了ControlNet網(wǎng)絡(luò)類型，抗干擾性好且網(wǎng)絡(luò)通道冗余，保證可靠通信，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

上位機(jī)通過交換機(jī)與PLC處理器通訊，遠(yuǎn)程機(jī)架通過冗余的ControlNet連接到控制器機(jī)架，同時(shí)，遠(yuǎn)程機(jī)架采用了網(wǎng)絡(luò)通道冗余。在I/O的選擇上，采用了基于機(jī)架的1756 ControlLogix I/O和ArmorPoint系列的1738 ArmorPoint I/O相結(jié)合的方式。1738 ArmorPoint I/O直接安裝在高爐平臺(tái)上，大大降低接線和系統(tǒng)成本。上位機(jī)采用FactoryTalk View SE軟件，用以監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行。

CPU機(jī)架由C1和C2機(jī)架構(gòu)成，運(yùn)行時(shí)C1和C2互為熱備，構(gòu)成了冗余，實(shí)現(xiàn)無擾切換。C3，C4，C5和C6是遠(yuǎn)程機(jī)架。ControlNet網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)冗余方式，A網(wǎng)和B網(wǎng)。冗余模塊1757-SRM通過光纖連接。圖中標(biāo)有E和F為另外到現(xiàn)場(chǎng)ControlNet網(wǎng)絡(luò)鏈路。其中C1和C2機(jī)架各個(gè)槽位的所配置的模塊如表1所示。

2.2 FactoryTalk View SE的特點(diǎn)

FactoryTalk View SE，它是一個(gè)功能強(qiáng)大的監(jiān)控軟件。它具有多服務(wù)器集群和多客戶端的分布式結(jié)構(gòu)，和強(qiáng)大的可伸縮性。利用FactoryTalkView系列的FactoryTalk View Studio進(jìn)行開發(fā)。應(yīng)用組態(tài)存在于各個(gè)FactoryTalk View SE服務(wù)器當(dāng)中，而客戶端可以任意地調(diào)用并顯示在各服務(wù)器中的應(yīng)用。

（1）基于網(wǎng)絡(luò)的分布式監(jiān)控。FactoryTalk View SE的多服務(wù)器多客戶端結(jié)構(gòu)可以很容易建立分布式應(yīng)用的方案。這種結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用在最小到一臺(tái)服務(wù)器一個(gè)客戶端的微小系統(tǒng)，也可以應(yīng)用在多服務(wù)器多客戶端的大系統(tǒng)上。

（2）共用的開發(fā)環(huán)境FactoryTalk View Studio。利用組態(tài)工具FactoryTalk View Studio進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，可以提高開發(fā)效率和節(jié)省開發(fā)成本。

（3）直接I/O數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。在推薦應(yīng)用中，F(xiàn)actoryTalk View SE不需要建立任何的上位Tag標(biāo)簽來定義和下位PLC的通信關(guān)系。

（4）WINDOWS安全機(jī)制。FactoryTalk View SE集成Windows安全控制?？梢灾苯永迷赪indows里面存在的用戶和用戶組。并針對(duì)不同的用戶配置不同的權(quán)限。

（5）核心HMI功能。FactoryTalk View SE支持包括安全、畫面、報(bào)警、操作和報(bào)警記錄、趨勢(shì)等等在內(nèi)HMI的核心功能。

3 調(diào)試心得

（1）ControlLogix冗余控制系統(tǒng)中，兩個(gè)控制器是同步運(yùn)行。兩個(gè)控制器框架之間，完全是靠系統(tǒng)冗余模塊SRM來完成同步和數(shù)據(jù)交換，基本實(shí)現(xiàn)了無擾切換。

（2）冗余系統(tǒng)中，主控制器機(jī)架和從控制器機(jī)架上各個(gè)模塊的版本必須嚴(yán)格一致，并到達(dá)到要求的版本號(hào)，否則無法正常冗余運(yùn)行。

（3）用戶首先開啟送電的機(jī)架成為主機(jī)架。用戶打開從機(jī)架的電源后，它自動(dòng)與主機(jī)架同步。當(dāng)版本不一樣時(shí)，在RSLinx軟件中可能無法看到從控制器框架上的處理器，同時(shí)控制器框架的處理器狀態(tài)指示燈將變?yōu)榧t色長(zhǎng)亮。

（4）在正常工作情況下，主機(jī)架的1757-SRM會(huì)顯示PRIM，從框架的會(huì)顯示SYNC。正常運(yùn)行時(shí)，在SRM屬性中可以進(jìn)行主從的切換。如果顯示狀態(tài)與這個(gè)不一致，表示系統(tǒng)同步出現(xiàn)問題，需要進(jìn)行檢查，剛上電時(shí)因?yàn)镾RM需要自檢。如果同步光纖、Control NET或者以太網(wǎng)出現(xiàn)連接問題，都有可能導(dǎo)致同步不正常。

4 主要控制功能

4.1 冗余控制系統(tǒng)的切換

當(dāng)主機(jī)架的任一組件發(fā)生故障，控制權(quán)切換到從控制器。包括以下幾種情況：

（1）主機(jī)控制器所在機(jī)架掉電。

（2）插拔主機(jī)架上的任何模塊。

（3）控制器程序錯(cuò)誤產(chǎn)生主要故障。

（4）主機(jī)架中的任一塊模塊被拔掉、安裝或出錯(cuò)。

（5）折斷或斷開Control Net分接頭或以太網(wǎng)通信電纜。

（6）來自主控制器發(fā)出命令。

（7）來自RSLinx軟件發(fā)出命令。

冗余切換所需要的時(shí)間取決于故障的類型和遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)Control Net的網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)間NUT，例如當(dāng)NUT等于10ms，切換的時(shí)間大約需要80～200ms。Control Net的網(wǎng)絡(luò)對(duì)冗余切換時(shí)間影響的估算如表2所示。

冗余切換時(shí)間非常短，一旦主控制器發(fā)生故障，立刻可以切換至從控制器，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響。

4.2 生產(chǎn)過程控制

（1）對(duì)電氣和儀表自動(dòng)控制，包括執(zhí)行設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)控制以及工藝設(shè)備過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)、超限報(bào)警等。

（2）高爐本體儀表系統(tǒng)、冷卻壁冷卻系統(tǒng)水溫、水壓、流量測(cè)量，冷卻系統(tǒng)與爐體熱負(fù)荷計(jì)算，高爐煤氣分析，風(fēng)口檢漏，爐體冷卻水及爐襯溫度測(cè)量報(bào)警，爐缸及爐底炭磚溫度測(cè)量報(bào)警，熱風(fēng)溫度控制及壓力檢測(cè)等。

（3）由系統(tǒng)采集大量冶煉數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，利用動(dòng)力學(xué)模型、控制模型或爐況判斷模型，對(duì)爐況進(jìn)行數(shù)據(jù)與信息的分類處理、分析與判斷、操作指導(dǎo)，防止因操作者的因素而造成的爐況判斷失誤。

（4）高爐富氧，從工藝需求和經(jīng)濟(jì)效益兩方面考慮，既要服從工藝要求，又要使富氧經(jīng)濟(jì)效益最大化。高爐操作人員可以利用各高爐參數(shù)確定高爐維持適宜理論燃燒溫度的富氧量。只需要輸入富氧量，富氧閥會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)。而不會(huì)因?yàn)檠鯕鈮毫Σ▌?dòng)等因素的影響，達(dá)到合理經(jīng)濟(jì)富氧。

5 結(jié)束語(yǔ)

高爐投產(chǎn)至今，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，沒有出現(xiàn)因?yàn)楣收蠈?dǎo)致的切換。為柳鋼煉鐵廠節(jié)約了能源，降低了成本，提高了生產(chǎn)的安全性和生產(chǎn)效率，以及產(chǎn)品的合格率，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。表3所示為2#高爐2018-03～2018-09的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]Control Logix熱備冗余系統(tǒng)用戶手冊(cè).羅克韋爾自動(dòng)化公司，2007：11～52.

[2]FactoryTalk View SE用戶手冊(cè).羅克韋爾自動(dòng)化公司，2007：25～35.

[3]周傳典.高爐冶煉生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè).冶金工業(yè)出版社，2008：127～139.

收稿日期：2018-10-9