羅克韋爾的DCS冗余系統在造紙行業的應用研究

摘 要：集散控制系統（DCS），是以多個微處理機為基礎利用現代網絡技術、現代控制技術、圖形顯示技術和冗余技術等實現對分散控制對象的調節、監視管理的控制技術，以其高可靠性和在控制、管理上的卓越優點已被廣泛應用于石油、化工、冶金、電力等行業，是目前最為先進的過程控制系統。重點介紹了基于Rockwell硬件、軟件構建的DCS冗余系統在造紙行業中的解決方案。
關鍵詞：DCS；冗余系統；造紙
0 前言
　　DCS是現代工業的重要支柱之一，是可靠性高、應用非常廣泛的工業控制產品。在中大型模塊化的DCS產品中，PLC模塊（中央處理器）是DCS的中心，一些重大的工業生產線往往要求連續運行不能停頓，而可靠性再高的PLC也不能保證故障為零，因此，雙PLC的冗余控制是一種滿足連續生產要求、提高系統可用性的有效手段。Controllogix是Rockwell公司在1998年推出AB系列的模塊化PLC，Controllogix可以提供完善的控制器的冗余功能，采用熱備的方式構建控制器，兩個CPU 框架采用完全相同的配置，它們之間使用同步電纜連接，不僅控制器可以采用熱備，通訊網絡也可以采用相似的方式進行熱備，除此之外Rockwell的ReviewSE還可以通過軟件的方法來構建冗余系統，這樣大大提高了控制器的運行的可靠性。
1 系統的網絡結構
　　系統設計包括上漿系統、制漿系統、水處理系統。系統采用Rockwell的三級網絡，信息層采用以太網（EntherNet）實現系統數據交換；中間層為控制層（ControlNet）負責系統通訊；底層是設備（DeviceNet），網絡連接就地設備。設備網、控制網和以太網構建起網絡系統的三級框架，實現了分布式控制方案。在任何一級網絡上都可以對現場設備進行實時的監控。如果主控制間與輔助車間控制室距離較遠，可以采用光纖通訊。

2 系統的硬件冗余
　　主控制問與輔助車間的控制器選用Rockwell的ControlLogix L61，由于系統采用冗余結構，在主控制柜內安裝了一對CPU冗余框架和兩個I／O框架，在這對冗余框架中的模塊配置一致。在每個冗余框架中安裝了以下模塊：1個控制器、1個CNBR模塊、1個ENBT模塊、1個SRM 模塊、2個SRM 模塊采用1757一SRC連接光纜。遠程I／0站采用1756系列的數字輸人輸出、模擬輸人輸出、熱電阻、高速計數模塊，與PLC冗余框架之間采用了雙通道DeviceNet網絡通訊。
　　對于冗余系統要對主從框架上的ENBT模塊的IP地址和CNBR模塊的站點號做相應的設置：主從ENBT模塊的IP地址要設成一致，CNBR模塊的站點號要設成一致，同步成功后從框架的ENBT模塊的IP地址和CNBR模塊的站點號自動加1，并且主從框架CNBR模塊的站點號的設置要高于遠程10框架上的CNBR模塊的站點號。當主機架的任一組件發生掉電、主機架中的任一模塊被安裝、拆卸、出錯、控制器發生主要故、ControlNet分接頭或以太網電纜斷開的故障時控制權切換到從控制器，從而確保整個系統的不間斷穩定運行。

3 系統的軟件冗余
　　整個控制系統所使用的軟件均為Rockwell公司的軟件產品：RSLogix5000、RSLink Enerprise、RSNetWorx、RS—ViewSE、RSSQL。其中RSLogix5000為程序開發軟件，RS—ViewSE為HMI畫面開發軟件，RSNetWorx為網絡組態軟件，RSLink Enerprise是一個標準的OPC服務器軟件，它是RSView Server與PLC通訊的橋梁。
　　RSView SE是遵循Rockwell Software提出的FactoryTalk架構的HMI產品，可以按用戶的要求編翩監控程序及友好的操作界面。在HMI畫面上可以實現自動控制參數總覽、設定值及PID參數控制面板、儀表信號圖、實時趨勢圖、歷史趨勢圖故障報警畫面等。通過對這些操作界面的操作，可監視溫度、壓力、流量的變化趨勢，對故障報警進行顯示，對生產狀況分析，可以使操作員隨時對現場進行生產過程的操作指導及控制。另外采用RSVJew SE的分布式系統時，用戶可以只開發一次畫面，在一個服務器上保存，就可以從網絡上的任何Client站讀取Server上的畫面，無需拷貝、導入、轉換或重建標簽或重新輸人命令。
　　目前大多數工業系統都采用傳統的硬件備用方式，采用軟件方法解決冗余系統是冗余系統發展趨勢，羅克韋爾推出的RSViewSE監控組態軟件能構方便地構建軟件冗余系統，保證系統的有效性。構建軟件冗余系統需要2臺服務器來配置主從冗余，通過簡單的冗余配置就可以搭建一個完善的熱各系統，結構框圖如下：

　　RSView Studio開發好項目后將項目文件下載到RS—View Server中，系統的配置信息存放在FactoryTalk中，RSLinx Enterprise做為PLC與RSView Client通訊的橋梁。整個系統采用主從熱備形式，當主服務器出現工作故障時時，冗余服務器會自動與PLC或客戶機通訊。
　　RSView SE還具有內置的FactoryTalk Diagnostics功能。作為后臺運行的FactoryTalk平臺的一部分，Facto—ryTalk Diagnostics將整個系統的活動、報警、和錯誤信息分別送至不同的地方進行日志記錄，FactoryTalk Diagnostics代替了RSView的活動日志和各類信息記錄．
4 系統的數據庫系統
　　雖然SView SE內置的FactoryTalk Diagnostics能記錄每個操作員在每臺操作員站的操做記錄，能滿足造紙行業的一般要求。但隨著生產企業對他們的生產信息的需要的與日俱增，生產企業的管理者不但要求在生產現場的上位機中能隨時了解各種設備的運行情況，而且他們需要在辦公室甚至隨時隨地的實時知道企業的運行狀況，包括各種生成設備的運行狀態，那么建立以Internet為基礎的企業網絡數據庫可以解決這一問題的較好方案，管理者可以通過Internet瀏覽本公司數據庫網頁，網頁上顯示的是企業設備現在運行狀況的有關數據，管理者可以根據要求來分類查詢這些數據記錄。
　　利用羅克韋爾軟件和其它軟件可以方便地制作羅克韋爾網絡數據庫。方案具體如下：在服務器上工部署下列軟件：SQL Server2000、IIS web服務、RSSQL。羅克韋爾通信軟件RSSql是基于Windows NT在控制系統和企業數據庫系統之間提供雙向連接的工業數據事務管理系統。此方案中，在控制端，RSSql連接RSViewSE，在企業數據庫端，RSSql通過0LE— DB連接Microsoft SQL Server。
　　首先在SQL Server中建立對應的數據庫存放采集的數據，并在數據庫創建相應的數據表，并為外部數據在表中建立對應的列，用簡單的VB語句開發應用數據庫的存儲過程輸。作為企業數據庫與控制數據庫之間的橋梁，RSSql不用編程就可以在兩個數據庫之間進行數據的透明傳輸，通過系統簡單的設置和組態就可以控制服務器的數據就與企業數據庫SQL數據一一對應，從而實現數據的傳輸。

　　最終操作員站上發生的操作事件自動發送到SQLServer數據庫服務器，各個設備的反饋信號通過RSSQL發送到SQL Server服務器，事件報表服務通過IIS Web服務自動發布到以太網上，各操作員站可以通過內嵌于HMI畫面中的IE瀏覽器來訪問報表服務。企業管理者也可以通過網絡訪問相應的IP地址來訪問數據報表。
5 結論
　　介紹了以工業三層網絡為平臺，基于Rockwell硬件、軟件構建的DCS冗余系統解決方案。該DCS控制系統的應用，大大增強了生產自動化的水平，提高了產品質量和生產效率，而且其冗余的特性更是能最大限度地保證了制漿、造紙生產在一定時期內系統的不間斷安全運行。
參考文獻
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