基于IAS軟件平臺(tái)的電解鋁廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

周德華

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，太原 030006)

目前，我國(guó)某些企業(yè)的信息化建設(shè)水平還無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代企業(yè)管理對(duì)自動(dòng)化和信息化的需求，決策層無(wú)法實(shí)時(shí)高效地進(jìn)行調(diào)度決策，因此有必要將底層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和信息管理網(wǎng)進(jìn)行集成，構(gòu)建完善的全廠(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。筆者以某電解鋁廠(chǎng)的陽(yáng)極焙燒車(chē)間為例，介紹采用IAS(Industrial Application Server)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)其監(jiān)控系統(tǒng)，解決該車(chē)間數(shù)據(jù)孤立的問(wèn)題，使該車(chē)間的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)能夠傳輸?shù)綇S(chǎng)級(jí)安全生產(chǎn)指揮中心，對(duì)陽(yáng)極焙燒車(chē)間的生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)層的高效調(diào)度決策；同時(shí)，通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的集成，實(shí)現(xiàn)工作人員采用Web即可瀏覽陽(yáng)極焙燒車(chē)間和整個(gè)電解鋁廠(chǎng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)所有信息進(jìn)行統(tǒng)一高效管理，提高整個(gè)企業(yè)的信息化水平。

某電解鋁廠(chǎng)的陽(yáng)極焙燒車(chē)間由SLC-500 PLC和專(zhuān)用設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，主要由現(xiàn)場(chǎng)PLC站、DH+網(wǎng)、以太網(wǎng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、控制上位機(jī)、工程師站及操作員站等組成，如圖1所示。

圖1 某陽(yáng)極焙燒車(chē)間監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

焙燒過(guò)程中溫度及壓力等參數(shù)通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行信息交互；上位機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后執(zhí)行相應(yīng)的控制算法，向現(xiàn)場(chǎng)PLC站發(fā)送控制指令，對(duì)爐溫根據(jù)預(yù)先設(shè)定的曲線(xiàn)進(jìn)行升溫；現(xiàn)場(chǎng)PLC站則完成現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的閉鎖聯(lián)鎖安全控制、調(diào)節(jié)工業(yè)參數(shù)并執(zhí)行控制指令。焙燒的主控系統(tǒng)配有上位機(jī)和打印機(jī)，可以對(duì)過(guò)程控制參數(shù)進(jìn)行分析、整理和打印。焙燒煙氣凈化系統(tǒng)由3臺(tái)SLC5/04 PLC控制，3臺(tái)PLC由DH+總線(xiàn)連接，最后接入煙氣凈化系統(tǒng)的工控機(jī)；總操作員站對(duì)焙燒煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和控制；重油輸送系統(tǒng)由AB SLC5/04 PLC控制，此PLC中自帶RS232串行通信接口，通過(guò)RS232/IP轉(zhuǎn)換模塊1761-NET-ENI，用以太網(wǎng)方式經(jīng)小型交換機(jī)接入兩臺(tái)上位機(jī)。1761-NET-ENI RS232/IP轉(zhuǎn)換模塊是網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，可為具有RS232接口的設(shè)備提供IP接口，SLC5/04 PLC即為具有RS232接口的設(shè)備。1751-NET-ENI通信模塊在設(shè)備間起隔離作用，消除或減少各設(shè)備間的相互干擾，而且能夠根據(jù)應(yīng)用需要確定節(jié)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)量，減少投資，并且有利于系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展。

為了完善陽(yáng)極焙燒車(chē)間監(jiān)控系統(tǒng)并提升底層自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)焙燒車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的集中監(jiān)控，將焙燒系統(tǒng)接入整個(gè)電解鋁廠(chǎng)監(jiān)控環(huán)網(wǎng)，如圖2所示。

圖2 焙燒車(chē)間接入全廠(chǎng)監(jiān)控環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 軟件部分

IAS具有對(duì)簡(jiǎn)化分布式自動(dòng)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)、工廠(chǎng)建模和維護(hù)的基礎(chǔ)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)底層數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分析、報(bào)警及協(xié)作等功能。IAS平臺(tái)包括：GalaxyRepository(GR)是配置信息數(shù)據(jù)庫(kù)，用以存儲(chǔ)和更新整個(gè)項(xiàng)目的配置信息；IDE為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以對(duì)工程對(duì)象建模，如對(duì)象的建立、底層控制設(shè)備的點(diǎn)位信息管理及對(duì)象的部署等，同時(shí)可在該集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中安裝InTouch設(shè)計(jì)監(jiān)控畫(huà)面，因此一般以裝有IDE的計(jì)算機(jī)作為工程站；DA ServerNode為數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器，通過(guò)DA Server可以連接工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的讀取和控制功能；Factory Suite Gateway(FS Gateway)是Wonderware Factory Suite套件中的網(wǎng)關(guān)軟件，可看作協(xié)議轉(zhuǎn)換工具，通過(guò)它即可用DDE及OPC Client等方式連接，F(xiàn)S Gateway也可作為OPC服務(wù)器。

2.1 軟件平臺(tái)的搭建

為實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極焙燒系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享、集中調(diào)度并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用導(dǎo)航，需構(gòu)建電解鋁廠(chǎng)信息平臺(tái)，該信息平臺(tái)集成了陽(yáng)極焙燒車(chē)間和其他子車(chē)間的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。監(jiān)控信息平臺(tái)的構(gòu)建內(nèi)容有：建立廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控信息的存儲(chǔ)，提供標(biāo)準(zhǔn)功能組件和標(biāo)準(zhǔn)接口供其他程序調(diào)用；配置SCADA，實(shí)現(xiàn)新增自動(dòng)化系統(tǒng)和調(diào)度指揮中心對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)警、記錄與分析；配置高性能客戶(hù)端工具軟件，對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)與分析；配置Web企業(yè)門(mén)戶(hù)軟件，支持基于B/S模式綜合信息瀏覽。筆者選用Wondeware的相關(guān)軟件，采用Application+InSQL架構(gòu)的某電解鋁分公司的以生產(chǎn)管理與監(jiān)控為中心的集成平臺(tái)(圖3)。

綜合信息瀏覽采用B/S模式，在計(jì)算機(jī)終端綜合顯示各管理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用導(dǎo)航，用戶(hù)授權(quán)后即可采用Web方式讀取工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，了解生產(chǎn)運(yùn)行情況。生產(chǎn)管理調(diào)度層運(yùn)行以Wonderware Industrial Application Server系統(tǒng)套件為基礎(chǔ)構(gòu)件的MES系統(tǒng)。

圖3 Application+InSQL架構(gòu)的生產(chǎn)管理與監(jiān)控集成平臺(tái)

2.2 基于OPC的IAS與PLC的通信

為了采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)應(yīng)用軟件和底層控制設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，只有底層的控制器有相應(yīng)的通信接口驅(qū)動(dòng)程序，信息交互才能實(shí)現(xiàn)。IAS和底層PLC的通信也需要這一接口程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，此處采用OPC技術(shù)解決此問(wèn)題。

焙燒車(chē)間底層控制器采用AB PLC，在監(jiān)控服務(wù)器上裝有AB PLC的通信驅(qū)動(dòng)軟件RSlinx，由于焙燒車(chē)間的PLC已經(jīng)接入了監(jiān)控環(huán)網(wǎng)，所以在監(jiān)控服務(wù)器上即可瀏覽到焙燒車(chē)間的PLC，因此只需進(jìn)行本地OPC通信即可；由于焙燒煙氣凈化噴淋系統(tǒng)的底層設(shè)備采用DH+網(wǎng)絡(luò)，所以無(wú)法瀏覽到底層PLC，需要通過(guò)遠(yuǎn)程O(píng)PC技術(shù)讀取網(wǎng)關(guān)(本工程中為工控機(jī))對(duì)焙燒煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程O(píng)PC數(shù)據(jù)傳輸需進(jìn)行DCOM配置。

ArchestrA IDE為IAS2.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括OPC客戶(hù)端配置、OPC通信的建立、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與部署及InTouch組態(tài)界面的設(shè)計(jì)等。在IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中對(duì)整個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象建模，如AppEngine及OPC Client area等，將建好的模型信息儲(chǔ)存在GalaxyDatabase數(shù)據(jù)庫(kù)中；同樣在IDE中將建好的對(duì)象部署(Deploy)到Application Server服務(wù)器中。

IAS2.0可以與RSlinx進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其中OPC服務(wù)器為RSlinx，客戶(hù)端為IAS2.0系統(tǒng)平臺(tái)。OPC配置界面如圖4所示，Server node為OPC服務(wù)器計(jì)算機(jī)名稱(chēng)，Server name是OPC Server的軟件名稱(chēng)(即RSlinx通信軟件)。此開(kāi)發(fā)環(huán)境的部署界面如圖5所示。

圖4 IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境OPC配置界面

圖5 IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境部署界面

如圖6所示，整個(gè)底層PLC與其他設(shè)備的點(diǎn)位信息都統(tǒng)一集中在該平臺(tái)下，便于統(tǒng)一管理、修改與部署，節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

圖6 IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)管理界面

在該平臺(tái)下即可進(jìn)行組態(tài)畫(huà)面的設(shè)計(jì)，也可以在獨(dú)立的InTouch工程中設(shè)計(jì)畫(huà)面，然后導(dǎo)入該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程項(xiàng)目組態(tài)界面的集成。

2.3 監(jiān)控界面

筆者采用WindowMake設(shè)計(jì)InTouch上位機(jī)畫(huà)面，此開(kāi)放環(huán)境設(shè)計(jì)圖形界面的方法和功能很強(qiáng)大，并設(shè)有腳本編輯器。在監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)界面主要以圖形化方式向用戶(hù)展示整個(gè)陽(yáng)極焙燒系統(tǒng)各子系統(tǒng)的工藝流程和各位置的工藝參數(shù)。工作人員可以通過(guò)該運(yùn)行界面查看焙燒車(chē)間的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運(yùn)行狀況。系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)運(yùn)行界面

3 結(jié)束語(yǔ)

基于IAS軟件平臺(tái)的電解鋁廠(chǎng)陽(yáng)極焙燒車(chē)間監(jiān)控系統(tǒng)，解決了與其他子車(chē)間的異構(gòu)控制網(wǎng)、以太網(wǎng)、視頻監(jiān)控網(wǎng)與數(shù)據(jù)相互孤立的現(xiàn)狀，使底層設(shè)備控制層、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控層和信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效集成，能夠自動(dòng)采集工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的高度共享；完善和提高了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化程度，解決了原底層自動(dòng)化系統(tǒng)存在的問(wèn)題；實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)和信息管理網(wǎng)的有效集成，通過(guò)對(duì)底層運(yùn)行狀況、控制參數(shù)和數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)與逐級(jí)匯總，分層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的逐級(jí)傳遞、上級(jí)對(duì)下級(jí)的生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了控制和管理的有效集成，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、各種圖形和報(bào)表的分析，為決策層提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。