冀東一線生產(chǎn)控制系統(tǒng)改造中的優(yōu)化設計

1　自動控制系統(tǒng)概況  

　　目前，自動控制系統(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，避免了資源的重復建設。2)專業(yè)人員集中使用，有利于發(fā)揮他們的作用，便于組織人員培訓和提高工作效率。3)信息資源利用率高，投入費用少，維護簡單，一般多采用線型網(wǎng)絡結(jié)構。4)系統(tǒng)安全措施實施方便。其不足之處是:1)隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大和功能的提高，集中式系統(tǒng)的復雜性迅速增長，給管理、維護帶來困難。2)對系統(tǒng)升級和技術發(fā)展的適用性差，應變能力弱。3)不利于發(fā)揮維護者在系統(tǒng)開發(fā)、維護、管理方面的能動性。4)系統(tǒng)比較脆弱，主機出現(xiàn)故障時可能使整個系統(tǒng)停止工作。 
　　

集散型控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點為:1)可以根據(jù)應用需要和存取方式來配置信息資源。2)有利于發(fā)揮維護者在系統(tǒng)開發(fā)、維護和信息資源管理方面的積極性和主動性，提高了系統(tǒng)對維護者需求變更的適用性和對環(huán)境的應變能力。3)系統(tǒng)擴展方便，系統(tǒng)建設可以采取逐步擴展網(wǎng)絡結(jié)點的漸進方式，以合理使用系統(tǒng)開發(fā)資源。4)容錯技術較好，網(wǎng)絡上一個結(jié)點出現(xiàn)故障一般不會導致全系統(tǒng)癱瘓。其不足之處是:1)由于信息資源分散，系統(tǒng)開發(fā)、維護和管理的標準、規(guī)范不易統(tǒng)一。2)配置在不同地點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)與管理應用而專門設計的，是一種遵循國際標準IEEE802.3的開放式、高性能的區(qū)域和單元級網(wǎng)絡，其網(wǎng)速可高達100Mbps；它將自動化系統(tǒng)相互連接，而且還將自動化系統(tǒng)連接到服務器和工作站上。以太網(wǎng)具有速度快、可靠性好、可擴展性、覆蓋范圍廣等特點。目前的以太網(wǎng)主要有3種類型: 
　　

1)同軸網(wǎng)絡:最早的網(wǎng)絡架構，通常為總線拓撲結(jié)構，網(wǎng)絡速度為10Mbps。 
　　

2)雙絞線網(wǎng)絡TPN(Twinhy Perbola Net):中期發(fā)展的網(wǎng)絡架構，主要是線型、星型拓撲結(jié)構，網(wǎng)絡速度為10Mbps。 
　　

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

2　我公司一線控制系統(tǒng)改造及優(yōu)化設計 

　　我公司一線4000t/d自動化生產(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年已運行15年，暴露出以下問題:廠商不再生產(chǎn)備件、單指令編程對維護工程師造成局限性；自控系統(tǒng)經(jīng)常死機；系統(tǒng)程序時有丟失；系統(tǒng)內(nèi)增加設備非常困難及系統(tǒng)傳輸速度較慢。以上這些問題給生產(chǎn)帶來較大安全隱患。因此，在2000年1月我們與北京冶金自動化院合作，對窯、預熱器、煤磨、篦冷機自控系統(tǒng)進行了系統(tǒng)改造，采用了美國ABControl Logix5550過程控制系統(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)絡中的線型網(wǎng)絡控制結(jié)構，其網(wǎng)絡結(jié)構示意見圖1。 

 



　　圖1　改造后的自控系統(tǒng)網(wǎng)絡 

圖1所示的網(wǎng)絡結(jié)構中只有2個過程邏輯控制器LPCS(1756-L1M1)，每個LPCS的擴展內(nèi)存為512kb，而每個工作站又互相獨立，這就要求每個CNB(Control Network Bus，控制網(wǎng)絡總線)模板的質(zhì)量絕對可靠；由于燒成D系統(tǒng)原設計中的許多設備是從篦冷機E系統(tǒng)起停的，這就產(chǎn)生如下瓶頸現(xiàn)象:1)當1個LPCS出故障時，WS(Worker Station工作站)發(fā)出的指令一直在尋址，當累計尋址超過擴展內(nèi)存時，系統(tǒng)出現(xiàn)死機；2)由于AB公司程序結(jié)構設計的局限性，即應用程序為1個軟件包，因此系統(tǒng)組態(tài)需全線停機。3)WS互相獨立，安全性能較好，但上位修改較繁瑣，1個上位參數(shù)的修改需對每臺WS進行重復操作，維護人員的工作量相應增加。 
　　

針對以上現(xiàn)象，在2002年我們對一線自控系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，從而解決系統(tǒng)瓶頸現(xiàn)象，提高主機的運轉(zhuǎn)率，確保機電設備的安全。設計方案如下:1)建立雙工LPCS系統(tǒng)，每個過程邏輯控制器(1756-L1M2)的擴展內(nèi)存為1Mb，系統(tǒng)程序存儲空間加大，避免死機現(xiàn)象發(fā)生。2)建立雙工熱備服務器，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臺工程師站，程序和上位修改、備份更加方便。4)設備歸類優(yōu)化，對系統(tǒng)內(nèi)的垃圾程序進行了清理，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)絡結(jié)構示意見圖2。

 

3　效果 

　　優(yōu)化設計后，1757-PLX5為主LPCS，1757-SRM為輔(冗余)LPCS。當主LPCS出現(xiàn)故障時，輔LPCS立即投入運行，兩者互為備用，確保主機運行，自控設備檢修亦極其方便。由于加載熱備服務器，雙系統(tǒng)運行，系統(tǒng)的容錯技術、安全性能進一步提高，上位監(jiān)控系統(tǒng)操作達到了同步；增加1臺工程師站后，參數(shù)修改、上位系統(tǒng)制作不再占用操作員監(jiān)控站。通過本次自控設備優(yōu)化，自控系統(tǒng)已升級為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)化設計為生產(chǎn)的正常運行提供了保障。