應用背景
位于沈陽(yáng)的沈陽(yáng)鑄造研究所是我國唯一的國家級鑄造技術(shù)專(zhuān)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)及相應設備的研究、開(kāi)發(fā)、技術(shù)推廣和產(chǎn)品生產(chǎn)。研究所目前設有特種鋼生產(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、國際先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，為我國軍工新型武器系統的開(kāi)發(fā)、航天裝備的配套及國內外大型電站的建設，提供了大量的優(yōu)質(zhì)鑄件和產(chǎn)品。
電渣爐屬于精煉爐，主要應用于金屬的鑄造工藝。通過(guò)電渣爐可以實(shí)現電渣重熔，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合的綜合冶金鑄造過(guò)程。 電渣爐工作原理是電流通過(guò)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(shí)穿過(guò)渣層后進(jìn)入金屬熔池，然后于水冷結晶器中結晶凝固成鋼錠。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，電渣爐控制系統的功能是實(shí)現恒速恒電流重熔工作過(guò)程 ，以達到產(chǎn)品質(zhì)量的穩定。
解決方案
為了使電渣爐的功能得以實(shí)現，就必須對電渣爐相關(guān)的機械設備和電力設備實(shí)現精準的控制，以實(shí)現電渣爐恒速恒電流重熔工作過(guò)程 。電渣爐的控系統則是使整個(gè)電渣爐各系統的各個(gè)環(huán)節有機結合起來(lái)，并保證各個(gè)環(huán)節正常運轉，以實(shí)現及時(shí)、準確的控制。為此，電渣爐控制系統需要一套可靠性高、易于操作、維護方便、性?xún)r(jià)比高的一套自動(dòng)化控制系統。東北大學(xué)冶金重點(diǎn)試驗室結合多年以來(lái)在冶金領(lǐng)域應用經(jīng)驗，并結合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(hù)需求的自動(dòng)化控制系統方案。
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(dòng)系統主要是有變頻器驅動(dòng)的2臺電機。此外系統中還包含電流、電壓等參數I/O檢測系統及控制系統。這些系統由于布置的較為分散，為了便于連接和控制，系統中采用成熟的Profibus DP網(wǎng)絡(luò )將各種被控設備連接在一起。系統結構圖可以參見(jiàn)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)控制系統來(lái)實(shí)現控制。解決方案可大致分為以下三個(gè)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、現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )及其本地、遠處I/O系統。
上位機操作員站（兼工程師維護工作站）。
圖1 系統結構圖
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(wú)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)標準與未來(lái)通訊的發(fā)展趨勢。
GE智能平臺自動(dòng)化產(chǎn)品很好地支持工業(yè)以太網(wǎng)通訊，可以用于控制層設備之間、控制層與遠程I/O 之間、控制層與人機界面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 結構、Request/Reply 方式進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，Client 對Server 發(fā)出讀/寫(xiě)數據Request，Server 對Client 返回相應Reply。SRTP TCP/IP 協(xié)議可以用于GE智能平臺產(chǎn)品的控制器間數據通訊、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、現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )及其本地、遠處I/O系統。
作為GE智能平臺主要的過(guò)程自動(dòng)化控制器，PAC系統在操作系統之上設計了一個(gè)通用的、適合于多平臺的(包括硬件平臺和操作系統平臺)、便于移植的、輕便的控制引擎，集成了包括邏輯控制、運動(dòng)控制、過(guò)程控制和人機界面在內的多領(lǐng)域解決方案，從而保證使用PAC系統的用戶(hù)可以使其編制的應用程序獲得最大的應用收益，并且還可以方便地優(yōu)化其自動(dòng)化平臺，從而不需重新設計整個(gè)系統，就可以不斷獲得越升的系統性能。
此外, GE智能平臺智能平臺的PAC3i控制系統還具有以下的應用優(yōu)點(diǎn)：標配Intel 1.1GHz CPU處理器，CPU內部集成10M或64M用戶(hù)內存,應用標準的工業(yè)PCI總線(xiàn)標準，使用12或16槽PCI機架，底板速度提高到27M,真正支持熱插拔使用。使用PCI總線(xiàn)底板來(lái)支持高速PCI數據傳輸率，支持標準底板使第三方可以方便的開(kāi)發(fā)I/O、通信、動(dòng)作控制、可視和其它模塊。
PAC3i控制系統提供了豐富的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(jiǎn)單到復雜的應用。此外系統還提供了多種網(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(jià)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(lèi)型的底座和接插式端子提供了接線(xiàn)的靈活性。
3、上位機操作員站（兼工程師維護工作站）
此系統中設立了一臺機操作員站HMI站（兼工程師維護工作站）。操作員站上安裝并運行PROFICY HMI/SCADA-iFix 軟件，作為原Intellution DynamicsTM工業(yè)自動(dòng)化軟件解決方案家族中的HMI/SCADA解決方案，強大的VBA腳本功能和靈活易學(xué)的特點(diǎn)，使得其在國內外有著(zhù)廣泛的用戶(hù)群。其真正的分布式、客戶(hù)/服務(wù)器結構包括可靈活構造的服務(wù)器（SCADA Server）和客戶(hù)端（iClient 、iClientTS 和 iWebServer），無(wú)論是Intellution客戶(hù)端應用，還是第三方或用戶(hù)自定義應用均可讀取SCADA Server實(shí)時(shí)數據，實(shí)現實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫(huà)面、趨勢、報表、批次控制、MES等應用。這些應用既可以與SCADA Server運行在同一臺計算機；也可通過(guò)Intranet、Internet 分布在網(wǎng)絡(luò )中不同的Server或Client節點(diǎn)上運行，十分適合多節點(diǎn)系統的應用。無(wú)論是 Server和Client 功能運行在單一計算機，實(shí)現簡(jiǎn)單的單機人機界面 (HMI)，還是網(wǎng)絡(luò )復雜的分布式多Server和多Client數據采集和控制系統，iFIX都表現出優(yōu)異的性能。該產(chǎn)品非常易于使用，同時(shí)又適合于實(shí)時(shí)控制和監視，可以將它配置成從單個(gè)節點(diǎn)到多節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )系統形成不同的規模，具有很強的可擴展性。
PROFICY HMI/SCADA- iFix軟件能夠應用在各種不同類(lèi)型的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，諸如汽車(chē)，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(xiàn)，金屬，水與廢水處理，交通以及其它行業(yè)。
系統應用軟件的工藝流程圖為用戶(hù)提供了簡(jiǎn)單直接的可視化生產(chǎn)過(guò)程，為用戶(hù)對生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監督控制與參數修改提供了方便。
在流程圖上，操作員可以方便的查看主要的參數（如：電流、電壓）以及系統各設備當前的運行狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)點(diǎn)擊系統流程圖上的各個(gè)可控設備實(shí)現生產(chǎn)的遠程控制系統的HMI應用軟件界面如圖2所示。
圖2控制系統畫(huà)面
實(shí)施結果
通過(guò)GE智能平臺智能平臺的PAC3i 高性能、先進(jìn)控制系統，沈陽(yáng)鑄造研究所80T雙臂電渣爐的控制系統達到了系統的設計目的?？刂葡到y可以實(shí)現整個(gè)電渣爐各系統的各個(gè)環(huán)節有機結合起來(lái)，并保證各個(gè)環(huán)節正常運轉，以實(shí)現電渣爐恒速恒電流重熔工作過(guò)程。同時(shí)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、更高效的控制系統，不斷促進(jìn)中國冶金行業(yè)控制水平提高。
