双重冗余工业以太网在阳极焙烧系统中的应用.docx

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1、双重冗余工业以太网在阳极焙烧系统中的应用摘要：介绍了阳极炭素焙烧系统、常见的工业以太网技术及以太网冗余技术的根底上，根据阳极炭素焙烧控制系统的需要构建了双重冗余工业以太网，在某铝业公司得以成功应用关键词：阳极焙烧；工业以太网；ModbusTCP；冗余技术随着全球经济开展和环保意识的进步，对耗电及环境污染极大的铝行业提出了更高的要求为进步铝电解的技术指标、降低能耗，改善铝电解烟气中氟对环境的污染，最终到达经济效益增长的目的，应运产生了预焙阳极电解技术，该技术使电解槽具备了向大型化开展的条件而预焙阳极消费是该技术中根底环节，预焙阳极消费工艺、消费装备和制品质量，直接决定着电解铝的质量、本钱和效益。

2、作为预焙阳极消费焙烧工序中的关键设备，不仅投资约占阳极总投资的30%，而且也是影响产品质量、能耗和环境的重要环节随着科学技术开展焙烧炉建造的材料及技术日趋成熟，我国目前已完全能建造性能良好的焙烧炉E2J但是，目前世界上还没有成熟的焙烧炉控制系统，最先进的技术是法国AP公司的阳极焙烧控制系统我国大型铝厂的阳极焙烧炉一般采用敞开式焙烧炉，根本上仍处于日轻焙烧炉的技术程度上，能耗高，消费才能低下、炉温控制精度偏低、烟气排量大。在国家有关“走新型工业化道路的方向，以信息化带开工业化，以工业化促进信息化，增强自主创新才能的要求下，铝行业各企业积极开展阳极炭素焙烧技术改造工作b1阳极炭素焙烧系统/b11阳

3、极炭素焙烧系统构成及其功能阳极炭素焙烧系统主要由生块编组系统、重油系统、窑炉焙烧系统、熟块解组系统及烟气净化系统构成生块编组系统是将成型车间制造且已压制成型的阳极生炭块通过链式输送机、辊式输送机输送至编组站进展编组，编成正反炭碗相间的组，供天车装炉；重油系统是将油库或者油车中重油输送到重油储罐，并对重油储罐进展保温、压力及液位控制，再将任意一个重油储罐中重油通过重油泵以一定压力和流量注入焙烧车间重油运输管道，输送到焙烧炉面出油口，供燃烧架系统使用；窑炉焙烧系统包括燃烧架系统及排烟架系统2局部，燃烧架系统是将重油系统送来的重油，经过增压泵进步重油压力，并通过电加热器及电拌热装置保持重油温度在一定

4、范围之内，再将增压后重油送人燃烧架的燃烧器，按升温曲线要求通过控制器控制电磁脉冲阀喷射频率将重油喷人炉室，经过燃烧使阳极炭块按预定温升曲线升温，以使生块中粘结用沥青及其成分渗出，炭块中伴随着发生相应物理化学反响，使炭块的性能到达电解阳极要求排烟架系统是通过利用燃烧后烟气余热使生块按预定升温曲线预热，使生块在规定时问内到达焙烧初始温度，并控制烟气的压力及电动阀开度使重油能充分燃烧；熟块解组系统是将已完成规定时间焙烧的阳极熟炭块通过链式输送机输送至解组站进展解组，再通过辊式输送机运送至成品库；烟气净化系统将焙烧炉产生燃烧后烟气经过地下环形烟道送入烟气净化装置处理以到达环保要求有关阳极焙烧消费设备及

5、技术要求的具体介绍见文献412阳极炭素焙烧DCS系统由于整个焙烧系统消费及控制设备分散在不同地点，且工艺复杂、控制要求高、控制难度大，因此在现场控制层，将各子系统归人不同的控制站，采用PIC及HMI实现分散控制和监视，以到达工艺和控制要求及保证可靠性；在监控层那么应根据各子系统功能及其重要性公道配置监控计算机及辅助设备，以实现各控制站之间的监控及协调工作，最终实现基于PLC的DCS控制方案据上述原那么，现场控制站分为9个，即生块编组控制站AC1、熟块解组控制站AC2、重油系统控制站AC3、烟气净化控制站AC4、1号排气架控制站AC5、2号排气架控制站AC6、I号燃烧架控制站ACT、2号燃烧架控

6、制站AC8及3号燃烧架控制站AC9，其中1号排气架控制站AC5与2号排气架控制站AC6为“一用一备监控站为4个，分别是阳极生块编组监控站、阳极熟块解组监控站、窑炉公用监控站及窑炉焙烧监控站为保证控制方案的可靠实现，采用了功能完善、平安可靠的硬件及软件体系以TE系列电气元件结合配电综合自动化技术实现系统可靠的供配电；以SchneiderQuantum系列PIC、Magelis系列HMI、研华工控机及配套监控软件实现现场控制站及监控站；以国际著名公司的常规仪表设备实现信号的准确检测为了实现4个监控站与9个现场控制站之间的数据通讯，以及与企业Intranet之间的消费数据交互，尚需构建通讯系统由于阳

7、极炭素焙烧系统为正常情况下24h连续工作，控制中需要多个控制站之间数据交换，因此必须保证控制系统之间有快速可靠的通讯方式，同时要考虑与企业Intranet网络兼容及易于实现、扩展等因素，因此在通讯系统中决定采用1OM1OOM自适应双重冗余工业现场以太网络技术b2双重冗余工业以太网技术应用/b21工业以太网技术工业以太网技术是成熟以太网技术在控制网络延伸的产物，同时也是控制技术对现场设备通讯性能要求进步的必然结果5近年来，随着现场总线应用领域的扩展和建立企业信息系统的需求，加之以太网技术的具有标准开放、构造简单、技术更新速度快及网络可平滑晋级等优点，工业以太网在现场总线中迅速崛起并不断开展诸多的

8、组织和厂商在解决普通以太网技术应用到工业环境下控制网络的经过中，根据其技术特点和历史原因出现了多种工业以太网技术目前主流的工业以太网有：由ModbusIDA施耐德电气SchneiderElectric公司提出的ModbusTCP；由控制网国际组织CIControlNetInternational，CI和开放式设备网供货商协会ODVAOpenDeviceNetVendorsAssociation，ODVA罗克韦尔自动化RockwellAutomarion公司提出的EtherNetIP；由Profibus用户组织PN0ProfibusNutzerOrganization，PNO西门子Siemens

9、公司提出的Profinet；由现场总线基金会FFFieldbusFoundation提出的HSEModbusTCP是Modbus的延伸，基于以太网和标准TCPIP协议，并将Modbus协议直接应用到第4层，实时扩展采用了在UDP上的实时发布者预订者RTPSRealtimePublisherSubscriber，RTPS，构成一个构造简单的、开放和广泛应用的传输协议采用星型拓扑构造，支持10Mbs、100Mbs和1000Mbs设备，可构成几乎无限规模的网络正是由于ModbusTCP的这些特点，使得其在工业现场的应用越来越广泛有关其余几种以太网技术具体介绍见文献622工业以太网冗余技术由于恶劣的工

10、业环境，使得工业控制网络比商用网络提出了更高的可靠性要求，导致工业以太网的冗余技术应运而生工业自动化中的以太网冗余技术包括：电源冗余、介质冗余、网络节点冗余、网络冗余及系统冗余等内容控制系统的根本冗余要求就是通讯网络每一局部在出现电源故障后都可以连接到后备电源上，一旦停电，后备电源就开场接替供电，并且通过Email或继电器输出向治理人员发送电源故障警报介质冗余可以在局部网络不可用时构成一条备用途径，常用方法是使用双星型拓扑构建即时可用的自动化系统网络网络节点冗余是使与设备连接的交换机必需要构建双网络节点，2个网络节点都必须连接到双引导的控制器上当灾难发生的时候，为保证系统正常运行，控制器确保与

11、终端连接，2个以太网界面均应连接到2个冗余交换机上，并选择较稳定的一条作为主途径网络冗余即架构一个所有设备都有冗余功能的网络一个完全的冗余系统包含：冗余交换机、冗余通讯端口和一对冗余设备所有的以太网设备和工作站都必需要连接到2个独立的网络环路中去完全系统冗余可以形成一个数据流失最少、具备快速冗余时间的可靠网络23双重冗余工业以太网在阳极焙烧DCS中实现为构建10M100M自适应双重冗余工业现场以太通讯网络，必须选择匹配的网络类型并进展公道的冗余配置首先，选择工业以太网类型必须考虑与已有的控制平台匹配及各类网络的特点由于控制平台采用SchneiderQuantum系列PLC，且Quantum系列

12、PLC具有基于ModbusTCP协议的工业以太网通讯模块NOE77l1O，同时ModbusTCP工业以太网由于具有简单、高效的特点，并且在考虑初始投资和充分利用现有资源上有明显上风因此，系统中采用NOE771lO以太网模块实现基于ModbusTCP协议的10M100M自适应工业以太网其次，为保证通讯网络的可靠性，根据现场的实际情况对控制网络设备要进展公道的冗余电源可靠性：为保证网络设备的电源能正常，因此所有的PLC控制器、监控计算机及交换机的电源均采由UPS供电设备冗余：在每个控制站PLC中均配置2块10M100M自适应NOE77110以太网模块，在交换设备中配置2台Ciscol6口交换机，在

13、每一台监控计算机中均配置2块3Corn以太网卡由于已经进展了网络设备的冗余，使得每个设备间的通讯均存在冗余通路，进而对每一个设备的通讯介质不需再进展冗余装备通过上述冗余技术最终实现了基于ModbusTCP协议的双重冗余星型10M100M自适应工业以太网系统的构造图如图1所示从图1可以看出，通讯系统的可靠性通过冗余技术得以保证，假设系统其中一个通讯通道中设备出现任何的故障，可以通过软件切换至另一个通讯通道；假设2个通讯通道均有设备出现故障，那么只需要通过手工公道调整通讯介质的接插位置即可恢复通讯通讯系统的快速性通过网络硬件设备及通讯协议得以保证通过现场实际运行，基于ModbusTCP协议双重冗余

14、的星型10M100M自适应工业以太通讯网络为阳极炭素焙烧控制系统提供了可靠的通讯平台此外，该网络还具备其他可扩展的功能：通过NOE77110以太网模块中内置的erver效劳功能，能实现远程的故障诊断和修复功能，实现了真正意义上的“透明工厂提供了通用的通讯平台，为将来系统的扩展提供了便利条件，例如，在后续的成型车间技术改造时，只要添加以太网通讯模块即可实现整个焙烧工段所有数据分享通过引入以太网技术，为企业实现CIMS或者ERP技术提供了设备层的所有数据，防止了“自动化孤岛，能与企业的MIS系统实现无缝连接近几年工业以太网技术有了长足进步，采用星型连接代替总线型、使用以太网交换技术、全双工通讯技术

15、及虚拟局域网技术等措施，使得以太网通讯的实时性及确定性得以保证；从物理层及协议等方面完善以太网络，到达了工业要求的高可靠性；通过引入网关和防火墙技术保证以太网络的信息平安性，并通过引入常见的隔爆防爆技术保证以太网络的消费平安性嗍；通过国际组织及各公司的共同合作，加强各类以太网络的互操纵性，推动网络体系的标准化总之，随着工业以太网技术的成熟和统一，工业以太网技术应用将会越来越广泛为自动化技术的实现提供更为强大的可靠的保证，将在国家“以信息化带开工业化的进程中发挥越来越重要作用参考文献：1崔东生我国铝用炭素的开展方向及进步其质量的措施J矿业研究与开发，2003，23S1：56592孙毅，崔东生，徐英第我国铝用炭素开展方向与措施J轻金属，2003，237：45483王晓斌焙烧炉温度自动控制系统J炭素技术，1997，166：34374刘洁阳极焙烧技术的新工艺及装备口轻金属，2003，231：47515阳宪惠工业数据通讯与控制网络M北京：清华大学出版社，20036佟为明，刘勇，赵志衡几种主流工业以太网J低压电器，2005。2606：4143点击下载：编辑：陈东0