冀東一線生產(chǎn)控制系統(tǒng)改造中的優(yōu)化設(shè)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(CenterControlSystem)和集散型(分布)控制系統(tǒng)DCS(DistrihutcdControlSystem)。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(fù)建設(shè)。2)專業(yè)人員集中使用，有利于發(fā)揮他們的作用，便于組織人員培圳和提高工作效率。3)信息資源利用率高，投入費用少，維護(hù)簡單，—般多采用線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。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(kuò)大和功能的提高，集中式系統(tǒng)的復(fù)雜性迅速增長，給管理、維護(hù)帶來困難。2)對系統(tǒng)升級和技術(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)開發(fā)、維護(hù)、管理方面的能動性。4)系統(tǒng)比較脆弱，主機(jī)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(yīng)用需要和存取方式來配置信息資源。2)有利于發(fā)揮維護(hù)者在系統(tǒng)開發(fā)、維護(hù)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(hù)者需求變更的適用性和對環(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)點的漸進(jìn)方式，以合理使用系統(tǒng)開發(fā)資源。4)容錯技術(shù)較好，網(wǎng)絡(luò)上—個結(jié)點出現(xiàn)故障一般不會導(dǎo)致個系統(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(hù)和管理的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不易統(tǒng)—。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(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)用而專門設(shè)計的，是一種遵循國際標(biāo)準(zhǔn)IEE802.3的開放式、高性能的區(qū)域和單元級網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)速可高達(dá)100Mhps；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(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。目前的以太網(wǎng)主要有3種類型：
    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lOMhps。
    2)雙絞線網(wǎng)絡(luò)TPN(TwinhyPerbolaNet)：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(FibreOptitsNet)：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)，通過光纜連接模塊OLM(OpLicsLinkModu)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 Modue)則控制范同可達(dá)到150km。

2  我公司一線控制系統(tǒng)改造及優(yōu)化設(shè)計
    我公司—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(hù)工程師造成局限性；自控系統(tǒng)經(jīng)常死機(jī)；系統(tǒng)程序時有丟失；系統(tǒng)內(nèi)增加沒備非常困難及系統(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(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ABControllLogix5550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(luò)中的線型網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意見圖1。

    圖1所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中只有2個過程邏輯控制器LPCS(1756—1,1M1)，每個LPCS的擴(kuò)展內(nèi)存為512kb，而每個工作站又互相獨立，這就要求每個CNB(ControlNetworkBus，控制網(wǎng)絡(luò)總線)模板的質(zhì)量絕對可靠；由于燒成D系統(tǒng)原設(shè)計中的許多設(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LPCS出故障時，WS(WorkerStation丁作站)發(fā)出的指令一直在尋址，當(dāng)累計尋址超過擴(kuò)展內(nèi)存時，系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)；2)由于AB公司程序結(jié)構(gòu)設(shè)計的局限性，即應(yīng)用程序為1個軟件包，因此系統(tǒng)組態(tài)需全線停機(jī)。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(jìn)行重復(fù)操作，維護(hù)人員的工作量相應(yīng)增加。
    針對以上現(xiàn)象，在2002年我們對一線自控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，從而解決系統(tǒng)瓶頸現(xiàn)象，提高主機(jī)的運轉(zhuǎn)率，確保機(jī)電沒備的安傘。設(shè)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(kuò)展內(nèi)存為1Mb，系統(tǒng)程序存儲空間加大，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I臺工程師站，程序和上位修改、備份更加方便。4)設(shè)備歸類優(yōu)化，對系統(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)示意見圖2。

3  效果
    優(yōu)化設(shè)計后，1757—PLX5為主LPCS，1757—SRM為輔(冗余)LPCS。當(dāng)LLPCS出現(xiàn)故障時，輔LPCS立即投入運行，兩者互為備用，確保主機(jī)運行，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)運行，系統(tǒng)的容錯技術(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(shè)備優(yōu)化，自控系統(tǒng)已升級為DCS系統(tǒng)，下位網(wǎng)為Contro]Net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)計為生產(chǎn)的正常運行提供了保障。