冀東一線生產(chǎn)控制系統(tǒng)改造中的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1　自動(dòng)控制系統(tǒng)概況  

　　目前，自動(dòng)控制系統(tǒng)主要分為集中型(中央)控制系統(tǒng)CCS(Center Control System)和集散型(分布)控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)。集中型控制系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)為:1)信息資源集中使用，易于管理，規(guī)范統(tǒng)一，避免了資源的重復(fù)建設(shè)。2)專(zhuān)業(yè)人員集中使用，有利于發(fā)揮他們的作用，便于組織人員培訓(xùn)和提高工作效率。3)信息資源利用率高，投入費(fèi)用少，維護(hù)簡(jiǎn)單，一般多采用線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4)系統(tǒng)安全措施實(shí)施方便。其不足之處是:1)隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和功能的提高，集中式系統(tǒng)的復(fù)雜性迅速增長(zhǎng)，給管理、維護(hù)帶來(lái)困難。2)對(duì)系統(tǒng)升級(jí)和技術(shù)發(fā)展的適用性差，應(yīng)變能力弱。3)不利于發(fā)揮維護(hù)者在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、維護(hù)、管理方面的能動(dòng)性。4)系統(tǒng)比較脆弱，主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)可能使整個(gè)系統(tǒng)停止工作。 
　　

集散型控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)為:1)可以根據(jù)應(yīng)用需要和存取方式來(lái)配置信息資源。2)有利于發(fā)揮維護(hù)者在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、維護(hù)和信息資源管理方面的積極性和主動(dòng)性，提高了系統(tǒng)對(duì)維護(hù)者需求變更的適用性和對(duì)環(huán)境的應(yīng)變能力。3)系統(tǒng)擴(kuò)展方便，系統(tǒng)建設(shè)可以采取逐步擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的漸進(jìn)方式，以合理使用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)資源。4)容錯(cuò)技術(shù)較好，網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障一般不會(huì)導(dǎo)致全系統(tǒng)癱瘓。其不足之處是:1)由于信息資源分散，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、維護(hù)和管理的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不易統(tǒng)一。2)配置在不同地點(diǎn)的信息資源一般分屬控制系統(tǒng)的各子系統(tǒng)，不同子系統(tǒng)之間在數(shù)據(jù)傳輸上不方便。3)安全保密措施弱。 
　　

目前網(wǎng)絡(luò)選型一般根據(jù)如下原則:工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet是為工業(yè)生產(chǎn)與管理應(yīng)用而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，是一種遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3的開(kāi)放式、高性能的區(qū)域和單元級(jí)網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)速可高達(dá)100Mbps；它將自動(dòng)化系統(tǒng)相互連接，而且還將自動(dòng)化系統(tǒng)連接到服務(wù)器和工作站上。以太網(wǎng)具有速度快、可靠性好、可擴(kuò)展性、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)。目前的以太網(wǎng)主要有3種類(lèi)型: 
　　

1)同軸網(wǎng)絡(luò):最早的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通常為總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)速度為10Mbps。 
　　

2)雙絞線網(wǎng)絡(luò)TPN(Twinhy Perbola Net):中期發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主要是線型、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)速度為10Mbps。 
　　

3)光纖網(wǎng)絡(luò)FON(Fibre Optics Net):可以是線型、環(huán)型、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它以光纜為傳輸介質(zhì)，通過(guò)光纜連接模塊OLM(Optics Link Module)可以將網(wǎng)絡(luò)配置范圍控制在4.5km范圍內(nèi)，如果使用光交換模塊OSM(Optics Sediment Module)則控制范圍可達(dá)到150km。 

2　我公司一線控制系統(tǒng)改造及優(yōu)化設(shè)計(jì) 

　　我公司一線4000t/d自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)原為日本東芝Tosline2000集中性控制系統(tǒng)，自1985年1月正式投產(chǎn)至2000年已運(yùn)行15年，暴露出以下問(wèn)題:廠商不再生產(chǎn)備件、單指令編程對(duì)維護(hù)工程師造成局限性；自控系統(tǒng)經(jīng)常死機(jī)；系統(tǒng)程序時(shí)有丟失；系統(tǒng)內(nèi)增加設(shè)備非常困難及系統(tǒng)傳輸速度較慢。以上這些問(wèn)題給生產(chǎn)帶來(lái)較大安全隱患。因此，在2000年1月我們與北京冶金自動(dòng)化院合作，對(duì)窯、預(yù)熱器、煤磨、篦冷機(jī)自控系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)改造，采用了美國(guó)ABControl Logix5550過(guò)程控制系統(tǒng)，它是基于集中型控制系統(tǒng)和集散型控制系統(tǒng)的中間產(chǎn)品；采用雙絞線網(wǎng)絡(luò)中的線型網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。 

 



　　圖1　改造后的自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 

圖1所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中只有2個(gè)過(guò)程邏輯控制器LPCS(1756-L1M1)，每個(gè)LPCS的擴(kuò)展內(nèi)存為512kb，而每個(gè)工作站又互相獨(dú)立，這就要求每個(gè)CNB(Control Network Bus，控制網(wǎng)絡(luò)總線)模板的質(zhì)量絕對(duì)可靠；由于燒成D系統(tǒng)原設(shè)計(jì)中的許多設(shè)備是從篦冷機(jī)E系統(tǒng)起停的，這就產(chǎn)生如下瓶頸現(xiàn)象:1)當(dāng)1個(gè)LPCS出故障時(shí)，WS(Worker Station工作站)發(fā)出的指令一直在尋址，當(dāng)累計(jì)尋址超過(guò)擴(kuò)展內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)；2)由于AB公司程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的局限性，即應(yīng)用程序?yàn)?個(gè)軟件包，因此系統(tǒng)組態(tài)需全線停機(jī)。3)WS互相獨(dú)立，安全性能較好，但上位修改較繁瑣，1個(gè)上位參數(shù)的修改需對(duì)每臺(tái)WS進(jìn)行重復(fù)操作，維護(hù)人員的工作量相應(yīng)增加。 
　　

針對(duì)以上現(xiàn)象，在2002年我們對(duì)一線自控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而解決系統(tǒng)瓶頸現(xiàn)象，提高主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率，確保機(jī)電設(shè)備的安全。設(shè)計(jì)方案如下:1)建立雙工LPCS系統(tǒng)，每個(gè)過(guò)程邏輯控制器(1756-L1M2)的擴(kuò)展內(nèi)存為1Mb，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)空間加大，避免死機(jī)現(xiàn)象發(fā)生。2)建立雙工熱備服務(wù)器，自控系統(tǒng)安全性能得以提高，上位監(jiān)控系統(tǒng)信息同步。3)增加1臺(tái)工程師站，程序和上位修改、備份更加方便。4)設(shè)備歸類(lèi)優(yōu)化，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的垃圾程序進(jìn)行了清理，縮短了系統(tǒng)掃描周期，顯示、刷新速度更快。優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2。

 

3　效果 

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)后，1757-PLX5為主LPCS，1757-SRM為輔(冗余)LPCS。當(dāng)主LPCS出現(xiàn)故障時(shí)，輔LPCS立即投入運(yùn)行，兩者互為備用，確保主機(jī)運(yùn)行，自控設(shè)備檢修亦極其方便。由于加載熱備服務(wù)器，雙系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)、安全性能進(jìn)一步提高，上位監(jiān)控系統(tǒng)操作達(dá)到了同步；增加1臺(tái)工程師站后，參數(shù)修改、上位系統(tǒng)制作不再占用操作員監(jiān)控站。通過(guò)本次自控設(shè)備優(yōu)化，自控系統(tǒng)已升級(jí)為DCS系統(tǒng)，下位網(wǎng)為ControlNet網(wǎng)，上位網(wǎng)為以太網(wǎng)。自控系統(tǒng)改造后的優(yōu)化設(shè)計(jì)為生產(chǎn)的正常運(yùn)行提供了保障。