應(yīng)用背景
位于沈陽的沈陽鑄造研究所是我國唯一的國家級鑄造技術(shù)專業(yè)研究所, 研究所主要從事鑄造業(yè)用新材料、新工藝、新技術(shù)及相應(yīng)設(shè)備的研究、開發(fā)、技術(shù)推廣和產(chǎn)品生產(chǎn)。研究所目前設(shè)有特種鋼生產(chǎn)基地、大型鋁合金鑄件生產(chǎn)基地、鈦合金制品生產(chǎn)基地、鑄造原輔材料生產(chǎn)基地、鑄造設(shè)備生產(chǎn)基地、電渣熔鑄件生產(chǎn)基地和AOD鋼水精煉示范基地。在這些生產(chǎn)基地中采用國內(nèi)、國際先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，為我國軍工新型武器系統(tǒng)的開發(fā)、航天裝備的配套及國內(nèi)外大型電站的建設(shè)，提供了大量的優(yōu)質(zhì)鑄件和產(chǎn)品。
電渣爐屬于精煉爐，主要應(yīng)用于金屬的鑄造工藝。通過電渣爐可以實(shí)現(xiàn)電渣重熔，電渣重熔（熔鑄）是一種二次精煉技術(shù)，集鋼水二次精煉與定向凝固相結(jié)合的綜合冶金鑄造過程。 電渣爐工作原理是電流通過液態(tài)渣池產(chǎn)生渣阻熱，將金屬電極熔化，熔化的金屬匯集成熔滴，熔滴滴落時穿過渣層后進(jìn)入金屬熔池，然后于水冷結(jié)晶器中結(jié)晶凝固成鋼錠。電渣爐產(chǎn)品的質(zhì)量是受到溶解材料和電爐工作電流的影響，電渣爐控制系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)恒速恒電流重熔工作過程 ，以達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
解決方案
為了使電渣爐的功能得以實(shí)現(xiàn)，就必須對電渣爐相關(guān)的機(jī)械設(shè)備和電力設(shè)備實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制，以實(shí)現(xiàn)電渣爐恒速恒電流重熔工作過程 。電渣爐的控系統(tǒng)則是使整個電渣爐各系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合起來，并保證各個環(huán)節(jié)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)及時、準(zhǔn)確的控制。為此，電渣爐控制系統(tǒng)需要一套可靠性高、易于操作、維護(hù)方便、性價比高的一套自動化控制系統(tǒng)。東北大學(xué)冶金重點(diǎn)試驗(yàn)室結(jié)合多年以來在冶金領(lǐng)域應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合GE IP智能平臺的先進(jìn)控制器產(chǎn)品，給出了一套適合于用戶需求的自動化控制系統(tǒng)方案。
電渣爐的位置和速度主要的傳感器件是4臺絕對編碼器，傳動系統(tǒng)主要是有變頻器驅(qū)動的2臺電機(jī)。此外系統(tǒng)中還包含電流、電壓等參數(shù)I/O檢測系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)由于布置的較為分散，為了便于連接和控制，系統(tǒng)中采用成熟的Profibus DP網(wǎng)絡(luò)將各種被控設(shè)備連接在一起。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可以參見圖1所示。
電渣爐的工藝流程由一套GE IP智能平臺的PAC3i 高性能、和進(jìn)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)控制。解決方案可大致分為以下三個部分。
高速以太通訊網(wǎng)絡(luò)：用于連接操作員站。
PAC3i 高性能先進(jìn)控制控制器、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)及其本地、遠(yuǎn)處I/O系統(tǒng)。
上位機(jī)操作員站（兼工程師維護(hù)工作站）。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
1、高速以太通訊網(wǎng)絡(luò)
以太網(wǎng)通訊快速地發(fā)展與廣泛地普及，其無可比擬的高速與互聯(lián)互通的優(yōu)勢，使以太網(wǎng)通訊成為目前世界上工業(yè)控制領(lǐng)域高速通訊的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)與未來通訊的發(fā)展趨勢。
GE智能平臺自動化產(chǎn)品很好地支持工業(yè)以太網(wǎng)通訊，可以用于控制層設(shè)備之間、控制層與遠(yuǎn)程I/O 之間、控制層與人機(jī)界面HMI/觸摸屏之間的通訊。GE智能平臺工業(yè)以太網(wǎng)通訊產(chǎn)品支持以下工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議：
SRTP TCP/IP 協(xié)議
EGD 協(xié)議
Modbus TCP/IP 協(xié)議
ProfiNet 協(xié)議
在本列應(yīng)用中，主要采用SRTP TCP/IP 協(xié)議。SRTP TCP/IP 協(xié)議，即Service Request Transport Protocol，其基于Client/Server 結(jié)構(gòu)、Request/Reply 方式進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，Client 對Server 發(fā)出讀/寫數(shù)據(jù)Request，Server 對Client 返回相應(yīng)Reply。SRTP TCP/IP 協(xié)議可以用于GE智能平臺產(chǎn)品的控制器間數(shù)據(jù)通訊、編程組態(tài)下載、控制器與HMI/觸摸屏通訊等。
SRTP TCP/IP 協(xié)議支持通用的Hub、Switch、Router產(chǎn)品。
2、 PAC3i 高性能先進(jìn)控制控制器、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)及其本地、遠(yuǎn)處I/O系統(tǒng)。
作為GE智能平臺主要的過程自動化控制器，PAC系統(tǒng)在操作系統(tǒng)之上設(shè)計了一個通用的、適合于多平臺的(包括硬件平臺和操作系統(tǒng)平臺)、便于移植的、輕便的控制引擎，集成了包括邏輯控制、運(yùn)動控制、過程控制和人機(jī)界面在內(nèi)的多領(lǐng)域解決方案，從而保證使用PAC系統(tǒng)的用戶可以使其編制的應(yīng)用程序獲得最大的應(yīng)用收益，并且還可以方便地優(yōu)化其自動化平臺，從而不需重新設(shè)計整個系統(tǒng)，就可以不斷獲得越升的系統(tǒng)性能。
此外, GE智能平臺智能平臺的PAC3i控制系統(tǒng)還具有以下的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：標(biāo)配Intel 1.1GHz CPU處理器，CPU內(nèi)部集成10M或64M用戶內(nèi)存,應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PCI總線標(biāo)準(zhǔn)，使用12或16槽PCI機(jī)架，底板速度提高到27M,真正支持熱插拔使用。使用PCI總線底板來支持高速PCI數(shù)據(jù)傳輸率，支持標(biāo)準(zhǔn)底板使第三方可以方便的開發(fā)I/O、通信、動作控制、可視和其它模塊。
PAC3i控制系統(tǒng)提供了豐富的I/O接口模塊（包括智能型I/O接口模塊和非智能型I/O接口模塊）,適合于從簡單到復(fù)雜的應(yīng)用。此外系統(tǒng)還提供了多種網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，如以太網(wǎng)通訊模塊IC695ETM001、Profibus DP網(wǎng)絡(luò)主站通訊模塊IC695PBM300等。
VersaMax PLC是一種更易于使用、價格合理、性能卓越的PLC。VersaMax提供了廣泛的I/O模塊、電源模塊和通訊模塊。通訊支持TCP/IP以太網(wǎng)、Profibus DP、DeviceNet和Modbus RTU協(xié)議。模塊具有帶電熱插拔功能。多種類型的底座和接插式端子提供了接線的靈活性。
3、上位機(jī)操作員站（兼工程師維護(hù)工作站）
此系統(tǒng)中設(shè)立了一臺機(jī)操作員站HMI站（兼工程師維護(hù)工作站）。操作員站上安裝并運(yùn)行PROFICY HMI/SCADA-iFix 軟件，作為原Intellution DynamicsTM工業(yè)自動化軟件解決方案家族中的HMI/SCADA解決方案，強(qiáng)大的VBA腳本功能和靈活易學(xué)的特點(diǎn)，使得其在國內(nèi)外有著廣泛的用戶群。其真正的分布式、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)包括可靈活構(gòu)造的服務(wù)器（SCADA Server）和客戶端（iClient 、iClientTS 和 iWebServer），無論是Intellution客戶端應(yīng)用，還是第三方或用戶自定義應(yīng)用均可讀取SCADA Server實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)畫面、趨勢、報表、批次控制、MES等應(yīng)用。這些應(yīng)用既可以與SCADA Server運(yùn)行在同一臺計算機(jī)；也可通過Intranet、Internet 分布在網(wǎng)絡(luò)中不同的Server或Client節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，十分適合多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用。無論是 Server和Client 功能運(yùn)行在單一計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)簡單的單機(jī)人機(jī)界面 (HMI)，還是網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的分布式多Server和多Client數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，iFIX都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。該產(chǎn)品非常易于使用，同時又適合于實(shí)時控制和監(jiān)視，可以將它配置成從單個節(jié)點(diǎn)到多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成不同的規(guī)模，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。
PROFICY HMI/SCADA- iFix軟件能夠應(yīng)用在各種不同類型的工業(yè)生產(chǎn)過程中，諸如汽車，航天，石油與天然氣，化工，石化，食品加工，飲料，制藥，紙漿與造紙，管線，金屬，水與廢水處理，交通以及其它行業(yè)。
系統(tǒng)應(yīng)用軟件的工藝流程圖為用戶提供了簡單直接的可視化生產(chǎn)過程，為用戶對生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督控制與參數(shù)修改提供了方便。
在流程圖上，操作員可以方便的查看主要的參數(shù)（如：電流、電壓）以及系統(tǒng)各設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，同時通過點(diǎn)擊系統(tǒng)流程圖上的各個可控設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的HMI應(yīng)用軟件界面如圖2所示。
圖2控制系統(tǒng)畫面
實(shí)施結(jié)果
通過GE智能平臺智能平臺的PAC3i 高性能、先進(jìn)控制系統(tǒng)，沈陽鑄造研究所80T雙臂電渣爐的控制系統(tǒng)達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計目的。控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)整個電渣爐各系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合起來，并保證各個環(huán)節(jié)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)電渣爐恒速恒電流重熔工作過程。同時GE智能平臺將以其先進(jìn)的技術(shù)，卓越的知名度，良好的口碑為冶金鑄造行業(yè)提供更快、更強(qiáng)、更高效的控制系統(tǒng)，不斷促進(jìn)中國冶金行業(yè)控制水平提高。
