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  • iFIX在鋼廠熱軋自動化系統(tǒng)中應(yīng)用實例———殷連剛 東南大學(xué)自動控制系(南京 210096)
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    摘要:
    本課程論文主要結(jié)合本人現(xiàn)在進(jìn)行的項目(鋼廠熱軋自動化系統(tǒng))中iFIX的應(yīng)用展開。此系統(tǒng)中主要使用iFIX自動化組態(tài)軟件,IFIX可以運行于工業(yè)局域網(wǎng),實現(xiàn)實時監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)管理以及數(shù)據(jù)的共享。
    關(guān)鍵詞:
    工業(yè)局域網(wǎng),過程控制系統(tǒng),IFIX,工業(yè)以太網(wǎng),加熱系統(tǒng)
    目標(biāo)即意義:
    目前冶金企業(yè)中的加熱系統(tǒng)大多采用MTCL18淬火機(jī)床,此系統(tǒng)是八十年代末比利時OSB公司生產(chǎn)的具有國際先進(jìn)水平的雙頻淬火爐,用于冷軋工作輥的復(fù)重新淬火。近幾年以來,隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展,對軋輥材質(zhì)的要求發(fā)生了很大的變化,同時對軋輥淬火的質(zhì)量要求也越來越高。故而需要對原有系統(tǒng)進(jìn)行改造。主要包括過程控制系統(tǒng)的改造和監(jiān)測操作系統(tǒng)的改造。新的系統(tǒng)采用了MODCELL過程控制級和IFIX監(jiān)控級以及基于以太網(wǎng)的高速串行通訊的CMS系統(tǒng)。
    本文主要介紹系統(tǒng)工作所必須的工業(yè)以太網(wǎng)的組建,系統(tǒng)從功能上可以分為兩級:控制級監(jiān)控級。兩級之間,以同軸電纜連接,通過ARCNET協(xié)議進(jìn)行通信
    設(shè)計要求:
    作為過程生產(chǎn)方和維護(hù)方來說,性能優(yōu)異的過程監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)優(yōu)化過程控制的重要條件。所以要求基于以太網(wǎng)的監(jiān)測操作系統(tǒng)必須具有下面的基本特點:
    (1) 可靠性。即系統(tǒng)應(yīng)該是完全安全可靠的,這就要求系統(tǒng)必須性能穩(wěn)定,并保持在最快速度下實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確上傳和下達(dá)。
    (2) 靈活性。系統(tǒng)應(yīng)在硬件和軟件等方面具有模塊化和面向過程對象的結(jié)構(gòu),確保良好的擴(kuò)展性。
    (3) 開放性。監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能蔣所有符合開放標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和系統(tǒng),納入與其直接數(shù)據(jù)通信的范疇,從而保證在統(tǒng)一的管理和維護(hù)下充分利用系統(tǒng)資源。可以實現(xiàn)與其他信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。
    (4) 可維護(hù)性。系統(tǒng)要在軟硬件方面具有模塊化結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的自診斷功能,方便對系統(tǒng)故障的分析和診斷。
    互聯(lián)方案:
    一.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)比較與選擇
    1. 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇
    常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型、環(huán)型和星型結(jié)構(gòu),為了便于網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展,本方案采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
    2. 組網(wǎng)技術(shù)的選擇
    目前常用的校園網(wǎng)主干網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)有100Mbps的快速以太網(wǎng),100Mbps的FDDI, ATM網(wǎng)絡(luò)和千兆以太網(wǎng)。本網(wǎng)絡(luò)主要采用10Mbps細(xì)纜以太交換網(wǎng)作為主干網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù),快速以太交換網(wǎng)是性能較高的組網(wǎng)方式。它具有以下優(yōu)點:技術(shù)成熟穩(wěn)定;對傳統(tǒng)的局域網(wǎng)及其應(yīng)用有很好的支持;有效保護(hù)用戶投資。
    二.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能分析
    IFIX監(jiān)控系統(tǒng)采取客戶/服務(wù)器(Client/Server)的結(jié)構(gòu)方式,使用輸入/輸出服務(wù)器(I/O server)的專管與各過程控制站的數(shù)據(jù)通訊功能,監(jiān)測操作站和服務(wù)器之間則使用局域網(wǎng)相連。由于系統(tǒng)以擴(kuò)展性架構(gòu)作為其關(guān)鍵性的結(jié)構(gòu)原則,所以具有近乎任意的擴(kuò)展能力。
    在鋼廠的熱軋系統(tǒng)應(yīng)用中,加熱爐和煤氣站的兩套系統(tǒng)各使用兩套COMPAQ服務(wù)器,作為各自系統(tǒng)互為冗余的主,副I/O Server,服務(wù)器使用16口高速串行數(shù)據(jù)通訊板(Digibord) PC 16i / PC 4e,與MODCELL控制站MODBUS協(xié)議(RS485方式)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,從而保證服務(wù)器與MODCELL過程控制級之間的所有過程數(shù)據(jù)信息交換在ms內(nèi)完成。過程控制級包括控制主站和子站,每一套子站對應(yīng)于與監(jiān)控級通訊的一個數(shù)字通道。加熱爐過程控制級包括1、2、3、4號爐和公用部分(蒸汽、重油系統(tǒng))共5套MODCELL控制站,下屬30個控制子站,煤氣站過程控制級為一個控制主站,包括4個控制子站。
    加熱爐系統(tǒng)使用4臺,煤氣站使用兩臺PC機(jī)承擔(dān)操作站功能,系統(tǒng)內(nèi)的6臺計算機(jī)使用10Mpbs細(xì)纜以太網(wǎng)相連,兩系統(tǒng)之間通過一條1公里長的光纜互聯(lián),實現(xiàn)了兩個區(qū)域系統(tǒng)的一體化和過程數(shù)據(jù)的共享。
    IFIX作為基于Windows NT 核心開發(fā)的應(yīng)用程序,IFIX技術(shù)充分利用了這一網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,系統(tǒng)的I/O Server實際上擔(dān)當(dāng)了NT網(wǎng)絡(luò)管理和IFIX應(yīng)用程序的雙重服務(wù)器功能。
    三.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
    此系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡圖如下:



    四.軟硬件配置
    1.硬件配置:
    1. 加熱爐、煤氣站的兩套系統(tǒng)使用COMPAQ服務(wù)器作為I/O Server服務(wù)器。I/O Server使用COMPAQ Proliang 1500和Proliang 2500服務(wù)器,Pentium120/Pentium Pro,內(nèi)存128M,SCSI4.3G硬盤。
    2. 加熱爐系統(tǒng)使用4臺,煤氣站使用兩臺PC機(jī)作為操作站。操作站使用COMPAQ Deskpro2000,內(nèi)存64M,SICI 2.1G硬盤,21”大屏幕彩色顯示器用于監(jiān)控操作。
    2. 軟件配置:
    1. I/O Server服務(wù)器安裝中文Windows NT Server 操作系統(tǒng)。
    2. .操作站安裝中文Windows NT Workstation操作系統(tǒng)作為IFIX運行平臺,并采用Windows NT進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的管理和用戶登陸控制。
    五.網(wǎng)絡(luò)安全性設(shè)計
    計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全可以理解為計算機(jī)安全在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的擴(kuò)展,以保證業(yè)主基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用安全、可靠。本方案中主要從如下幾方面來實現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全問題:
    1.Windows NT安全控制
    Windows NT 在操作系統(tǒng)層面上管理操作員用戶或網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)管理人員的登陸,例如:
    a) 身份認(rèn)證,以識別區(qū)分合法用戶和非法用戶,從而阻止非法用戶訪問系統(tǒng);
    b) 權(quán)限控制,通過系統(tǒng)對用戶的授權(quán),決定哪些用戶有資格訪問哪些資源;
    c) 審計跟蹤,它將記錄哪個用戶在何時訪問了哪些資源,用于收費記帳和非法事件發(fā)生時能夠有效地追蹤;
    d) 對一些機(jī)密文件采用加密數(shù)據(jù)存放,用戶一切合法后方可查閱。
    2.IFIX安全控制
    IFIX可以通過設(shè)置以安全級別為基礎(chǔ)的各種用戶,在應(yīng)用程序?qū)用鎸Σ僮鲉T的的操作權(quán)限進(jìn)行控制,保證正常操作,禁止越權(quán)操作。
    系統(tǒng)應(yīng)用分析與深入討論
    本系統(tǒng)作為對原來系統(tǒng)的改造,其中一個基本的原因是為了建立與執(zhí)行燒鋼優(yōu)化數(shù)學(xué)模型計算的上位計算機(jī)的穩(wěn)定而良好的通訊。在熱軋加熱爐的整個監(jiān)控系統(tǒng)中,設(shè)置了一臺專職的通訊前置機(jī),在其具備所有通訊的基礎(chǔ)上,在后臺運行另一個通訊程序,實現(xiàn)所有爐況信息向上位計算機(jī)的發(fā)送和接受上位機(jī)設(shè)定的優(yōu)化鋼錠設(shè)定值。該通訊機(jī)同時使用兩種方式進(jìn)行通訊,即通過上位計算機(jī)的TCP/IP網(wǎng)關(guān)進(jìn)行的以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)與ALPHA燒鋼控制計算機(jī)通訊。以及通過RS232串口轉(zhuǎn)20mA電流環(huán),與SICOMP M70(為上位計算機(jī)的備用機(jī))進(jìn)行串行通訊。
    本系統(tǒng)不僅擁有豐富的監(jiān)控功能,而且可以實現(xiàn)服務(wù)器和操作站間的網(wǎng)絡(luò)通訊,數(shù)據(jù)交換,對熱軋系統(tǒng)的實時控制有很好的效果。解決了通訊瓶頸,實現(xiàn)了自動化燒鋼功能,實現(xiàn)冗余技術(shù),系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,提高了加熱爐和煤氣站的作業(yè)率,新的系統(tǒng)突出的監(jiān)控性能,為整個加熱爐爐區(qū)控制降低能耗,提高加熱目標(biāo)溫度命中率,產(chǎn)生了明顯的作用,為冶金企業(yè)的熱軋生產(chǎn)帶來了巨大的直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益。
    參考文獻(xiàn):
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    3. IFIX中文手冊 Intellution 公司提供。
    4. 湯子瀛 ,哲鳳屏 ,湯小丹 ,等 .計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用 成都 電子科技大學(xué)出版社。
    5. 陳 庭 ,郭新明 ,歐 陽 ,等 活學(xué)活用 Windows NT4. 0成都 :西南交通大學(xué)出版社。

    作者簡介:
    姓名:殷連剛
    單位:東南大學(xué)
    通迅地址:南京東南大學(xué)0801信箱
    郵編:210096
    從事工作:東南大學(xué)在讀碩士研究生 電話:025-3694446
    E—mail:yinliangang@sina.com

     
     
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