★藺喜軍（酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

關(guān)鍵詞：DLR網(wǎng)絡(luò )；選礦懸浮焙燒爐控制系統；工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)；生產(chǎn)者/消費者

1 引言

近年來(lái)，隨著(zhù)工業(yè)控制系統的高速發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在控制領(lǐng)域得到了廣泛應用。羅克韋爾ControlLogix系統^[1]DLR網(wǎng)絡(luò )的成熟，成功應用到了工業(yè)控制生產(chǎn)領(lǐng)域。酒鋼選礦懸浮磁化焙燒項目是攻克世界級難選鐵礦石高效利用難題的重點(diǎn)工程項目^[2]，酒鋼集團在提升生產(chǎn)自動(dòng)化水平項目中，懸浮焙燒爐應用了羅克韋爾ControlLogix控制系統^[3]，通過(guò)運用EtherNet/IP^[4]工業(yè)標準網(wǎng)絡(luò )技術(shù)構建ControlLogix系統DLR網(wǎng)絡(luò )架構，使診斷更簡(jiǎn)單、排錯更快捷，有效管理全廠(chǎng)的實(shí)時(shí)控制和信息。

ControlLogix系統DLR網(wǎng)絡(luò )是一種用于自動(dòng)化設備互連的單故障容錯環(huán)網(wǎng)，這種拓撲結構在設備級實(shí)現，不需要額外的交換機，布線(xiàn)簡(jiǎn)單，將傳統線(xiàn)型改成環(huán)型。DLR網(wǎng)絡(luò )采用環(huán)的節點(diǎn)管理環(huán)內數據的循環(huán)，當偵測網(wǎng)絡(luò )故障后，將網(wǎng)絡(luò )配置成總線(xiàn)結構；當偵測網(wǎng)絡(luò )恢復后，再次將網(wǎng)絡(luò )調整為環(huán)形結構。DLR網(wǎng)絡(luò )結構明晰，可靠性高，應用前景廣泛。

2 DLR環(huán)形網(wǎng)絡(luò )工作原理及優(yōu)勢

Device Level Ring網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)稱(chēng)DLR網(wǎng)絡(luò )^[5]，DLR網(wǎng)絡(luò )是羅克韋爾公司產(chǎn)品，是通過(guò)線(xiàn)性技術(shù)發(fā)展而來(lái)。在一個(gè)環(huán)型網(wǎng)絡(luò )中，如果沒(méi)有利用環(huán)網(wǎng)協(xié)議，數據包將永遠在環(huán)網(wǎng)中循環(huán)下去。為了解決這樣問(wèn)題，DLR網(wǎng)絡(luò )順勢而生。DLR網(wǎng)絡(luò )的意義在于，選擇網(wǎng)絡(luò )環(huán)中的一個(gè)節點(diǎn)設置為管理者，來(lái)管理環(huán)內數據的循環(huán)。在DLR網(wǎng)絡(luò )正常操作下，網(wǎng)環(huán)的管理者阻止一個(gè)端口通訊數據，從兩個(gè)端口發(fā)送標志幀捕獲環(huán)網(wǎng)中斷，從沒(méi)有阻止的端口發(fā)送通告幀。當發(fā)生物理鏈路故障時(shí)，環(huán)網(wǎng)節點(diǎn)發(fā)送的環(huán)狀態(tài)信息被環(huán)網(wǎng)管理者接收，環(huán)網(wǎng)管理者開(kāi)放原本堵塞的端口讓環(huán)網(wǎng)變成總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；當線(xiàn)路故障恢復時(shí)，網(wǎng)絡(luò )偵測標志幀開(kāi)始判斷解除阻止的端口，將網(wǎng)絡(luò )恢復成為環(huán)網(wǎng)模式。

DLR網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢在于擁有單故障容錯網(wǎng)絡(luò )的彈性機制，具有快速完成網(wǎng)絡(luò )故障檢測和重新配置功能，部署解決故障問(wèn)題過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)其他硬件要求。

3 懸浮磁化焙燒^[6]工藝的DLR網(wǎng)絡(luò )控制系統

3.1 懸浮磁化焙燒工藝簡(jiǎn)介

酒泉鋼鐵的懸浮磁化焙燒爐工藝，主要組成部分有給料系統、磁化焙燒系統、余熱回收系統、廢氣除塵系統、產(chǎn)品輸送系統以及供氣供水輔助系統，主要設備有料倉、電子定量給料機、螺旋給料機、閃速干燥器、預熱器、懸浮焙燒爐、分離器、還原爐、旋風(fēng)除塵器及鎖氣裝置、懸浮床鍋爐、流化床鍋爐、鍋筒、高壓引風(fēng)機、袋式除塵器、螺桿式壓縮機、燃燒站等。

酒泉鋼鐵的懸浮磁化焙燒爐工藝主要任務(wù)是將來(lái)自過(guò)濾工序的鐵礦粉，經(jīng)過(guò)料倉貯存、電子定量給料機和螺旋給料機的計量后進(jìn)入閃速干燥器。在閃速干燥器中，含附水約11%的鐵礦石濾餅與高溫煙氣順流流動(dòng)，完成鐵礦餅的干燥、水分的蒸發(fā)。干物料和煙氣混合物從閃速干燥器出來(lái)后，進(jìn)入預熱器PO1，實(shí)現物料預熱、氣與固分離，預熱后的物料卸入懸浮焙燒爐PO4，而煙氣進(jìn)入廢氣除塵系統。在懸浮焙燒爐內，物料與混合煤氣燃燒形成的高溫燃燒產(chǎn)物充分混合，含結晶水的礦物、菱鐵礦、鐵白云石、白云石等礦物發(fā)生熱反應，簡(jiǎn)單的鐵礦物發(fā)生氧化反應。經(jīng)過(guò)懸浮焙燒后的物料與煙氣一起進(jìn)入分離器進(jìn)行氣固分離。分離下來(lái)的物料進(jìn)入還原爐與還原氣發(fā)生反應，將鐵礦物中的氧化鐵還原成磁鐵礦。物料以磁鐵礦形式從溜槽進(jìn)入下一個(gè)工序。在生產(chǎn)過(guò)程中，余熱回收系統、廢氣除塵系統、燃燒系統、給水系統、壓空供給系統的設備匹配主工藝生產(chǎn)能力運行。

3.2 DLR網(wǎng)絡(luò )控制系統

選礦廠(chǎng)懸浮磁化控制系統主要采用了羅克韋爾自動(dòng)化Allen Bradley基于“生產(chǎn)者/消費者^[7]”的ControlLogix控制系統^[8]，針對焙燒爐工業(yè)控制生產(chǎn)設備需求提供了高可靠性、高性能的分布式控制解決方案，運用ControlLogix控制器的冗余系統、兩套1756-L73的CPU處理器模塊，一塊處理器模板作為主處理器，另外一塊模板作為從處理器。在處理器的冗余系統的切換過(guò)程中，由于對程序掃描周期的影響及減少系統切換的快速和可靠，沒(méi)有出現數據的突變和丟失，并且處理器內部無(wú)需執行繁雜的決策判斷程序，實(shí)現了系統的無(wú)擾切換，從而達到對懸浮焙燒爐設備的安全控制。

礦廠(chǎng)懸浮磁化控制系統由配備冗余處理器的本地柜和另外8面遠程柜組成，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )架構采用EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò )連接，控制系統采用1756-EN2TR通訊模塊，懸浮磁化焙燒爐控制系統整個(gè)網(wǎng)絡(luò )通過(guò)本地和多個(gè)遠程站構成ControlLogix系統DLR網(wǎng)絡(luò )?？刂葡到y上位計算機操作站應用羅克韋爾自動(dòng)化FactoryTalk(R)View Studio上位軟件；控制系統應用的下位軟件為Studio 5000；通訊軟件為RSlinx Classic，應用EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò )實(shí)現控制系統PLC^[9]的上下位的通訊功能。如圖1所示。

圖1 選礦懸浮焙燒爐控制系統網(wǎng)絡(luò )架構拓撲圖

DLR網(wǎng)絡(luò )控制系統負責懸浮磁化焙燒爐工藝生產(chǎn)過(guò)程的工藝控制，其中包括給料量的計量和調控，燃燒室溫度、各管道壓力、進(jìn)出口溫度的測量，對還原煤氣、加熱煤氣、加熱空氣的壓力與流量的測量，閥引風(fēng)機、羅茨風(fēng)機、余熱鍋爐等電氣設備起停的邏輯控制和保護功能及各設備電機運行狀態(tài)的檢測等工作。

3.3 系統配置

DLR網(wǎng)絡(luò )通過(guò)上位操作站組態(tài)后進(jìn)行顯示，提供現場(chǎng)DLR網(wǎng)絡(luò )設備組態(tài)信息，協(xié)助判斷、監控及排查現場(chǎng)DLR網(wǎng)絡(luò )設備故障。DLR網(wǎng)絡(luò )組態(tài)信息通過(guò)FactoryTalk View[10]上位操作軟件與設備級環(huán)形連接，提供網(wǎng)絡(luò )集成和監控功能。根據功能設計軟件從Active Supervisor獲得的圖形信息來(lái)自動(dòng)生成詳細的圖形化網(wǎng)絡(luò )布局。如圖2所示。

圖2 懸浮焙燒爐系統EtherNet/IP Device Level Ring網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)圖

3.3.1 環(huán)網(wǎng)控制功能概述

ControlLogix系統采用了基于“生產(chǎn)者/消費者”的高性能、高可靠性、配置靈活的分布式控制通訊模式，通過(guò)自動(dòng)化設備互連的單故障容錯環(huán)網(wǎng)ControlLogix系統DLR網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了運動(dòng)、過(guò)程、離散三種不同控制類(lèi)型的集成，因而，ControlLogix被廣泛地應用于各種控制系統。

ControlLogix系統DLR網(wǎng)絡(luò )強大的監控和故障診斷功能是一項先進(jìn)的技術(shù)工具，通過(guò)控制系統的編程環(huán)境便可以完美地完成要求。羅克韋爾自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)控制系統的上下位檢測程序的調用及畫(huà)面編程調試，可實(shí)現PLC設備硬件環(huán)網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)設備狀態(tài)信息遠程監控；控制系統通過(guò)對程序AOI指令的輪詢(xún)，對現場(chǎng)硬件設備的DLR節點(diǎn)的Active Supervisor地址計算主管接管節點(diǎn)，判斷網(wǎng)絡(luò )中控制連接的狀態(tài)，并定義節點(diǎn)圖標，將設備類(lèi)型、節點(diǎn)編號和硬件IP地址以列表方式展示在上位操作站，一旦網(wǎng)絡(luò )故障信息發(fā)生變化，重新構建網(wǎng)絡(luò )信息，將故障鏈路及設備狀態(tài)信息在監控畫(huà)面中實(shí)時(shí)顯示，并對報警信息進(jìn)行記錄及向用戶(hù)進(jìn)行報警提示。

DLR網(wǎng)絡(luò )是基于EtherNet/IP DLR面板顯示，以太網(wǎng)/IP設備級別環(huán)（DLR）網(wǎng)絡(luò )診斷面板為用戶(hù)提供基本的DLR網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)信息，以協(xié)助監控和排除DLR網(wǎng)絡(luò )故障。DLR面板是一個(gè)預先配置的屏幕，顯示在FactoryTalk View SE或FactoryTalk View ME中，與設備級環(huán)形AOI接口，以提供HMI功能和集成。主要實(shí)現以下四個(gè)方面信息：

（1）DLR網(wǎng)絡(luò )主頁(yè)顯示

DLR網(wǎng)絡(luò )主頁(yè)界面提供詳細的圖形化網(wǎng)絡(luò )^[11]布局，圖形是根據從Active Supervisor獲得的信息自動(dòng)生成的，最多可顯示46個(gè)節點(diǎn)，這是CIP消息指令的限制；對于大于46個(gè)節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )，面板將顯示錯誤消息，告知有關(guān)網(wǎng)絡(luò )大小限制。DLR狀態(tài)監測界面最多一次可以顯示24個(gè)節點(diǎn)，對于超過(guò)24個(gè)節點(diǎn)的部分，在左下角變?yōu)榛顒?dòng)鏈接到第二頁(yè)。

DLR環(huán)網(wǎng)中一個(gè)一個(gè)節點(diǎn)為活躍的網(wǎng)絡(luò )管理器，總是位于屏幕的頂部位置，由黃色皇冠圖標與藍色背景識別，它右邊的鏈接表示到DLR端口1的連接，其它網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)按它們實(shí)際連接的順序顯示，每個(gè)節點(diǎn)將顯示以下信息：顯示圖標、IP地址、MAC地址、電纜連接狀態(tài)等內容。

（2）網(wǎng)絡(luò )和管理員信息頁(yè)面

該頁(yè)面可提供當前DLR環(huán)網(wǎng)具體的網(wǎng)絡(luò )參數和環(huán)網(wǎng)管理員詳細信息，其中包括網(wǎng)絡(luò )拓撲狀態(tài)、DLR節點(diǎn)數、當前活動(dòng)的Supervisor的優(yōu)先級、信標間隔、協(xié)議框架、環(huán)故障數等信息，通過(guò)狀態(tài)信息直觀(guān)地顯示現場(chǎng)設備狀態(tài)，便于工程技術(shù)人員第一時(shí)間掌握現場(chǎng)設備運行情況。

（3）DLR節點(diǎn)信息頁(yè)面

環(huán)網(wǎng)節點(diǎn)信息提供了每個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的詳細信息和當前狀態(tài)，每個(gè)環(huán)形節點(diǎn)顯示當前所選參與節點(diǎn)的詳細信息，同時(shí)啟用一個(gè)最高優(yōu)先值的節點(diǎn)成為活動(dòng)環(huán)管理節點(diǎn)，其他節點(diǎn)自動(dòng)成為備份管理器，處理網(wǎng)絡(luò )上數據并傳輸到網(wǎng)絡(luò )上的任何一個(gè)節點(diǎn)，同時(shí)顯示設備狀態(tài)。當DLR網(wǎng)絡(luò )發(fā)生故障時(shí)，它們會(huì )重新自動(dòng)配置并重新學(xué)習網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。此外，環(huán)節點(diǎn)可以向Active Ring Supervisor報告故障位置。

（4）報警和故障顯示頁(yè)面

該界面顯示DLR網(wǎng)絡(luò )故障狀態(tài)和統計，提供了對發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò )的詳細描述，當設備網(wǎng)絡(luò )組件或線(xiàn)路出現故障時(shí)，顯示設備的故障定位信息和自最近一次故障以來(lái)在網(wǎng)絡(luò )上檢測到的故障次數，將設備的故障狀態(tài)映射到顯示頁(yè)面，并發(fā)出報警提示，檢查確認后，可對模塊單元故障計數器復位清零。

3.3.2 DLR網(wǎng)絡(luò )監控功能實(shí)現方式方法及要求

（1）控制系統軟件的兼容性和要求：RSLogix/Studio 5000 V17或更高版本，FTView Studio ME/SE 6.10或更高版本，屏幕設計的工作與HMI須具有較高的分辨率，此時(shí)將不需要調整面板提供的圖形屏幕的大小。

（2）控制系統的工作網(wǎng)絡(luò )中必須存在一個(gè)工作的DLR網(wǎng)絡(luò )，并且有一個(gè)可以訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)DLR網(wǎng)絡(luò )的Logix控制器。

（3）使用羅克韋爾自動(dòng)化“DLR faceplate V3.00”文件，導入和配置RSLogix/Studio 5000 Run下位程序；然后導入和配置FTView Studio上位運行程序，并進(jìn)行編程調試。

（4）DLR面板附加指令（AOI）將使用MSG指令自動(dòng)從網(wǎng)絡(luò )收集所有需要的數據。

3.3.3 ControlLogix系統DLR工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)^[12~13]應用特點(diǎn)

懸浮磁化焙燒綜合自動(dòng)化工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的建成，實(shí)現了控制系統的集中、高速傳輸及對設備運行、生產(chǎn)調度、安全監測監控等實(shí)時(shí)遠程監控和數據自動(dòng)采集，提高了對各類(lèi)問(wèn)題的準確判斷及應急處理能力。

（1）通過(guò)嚴格的工業(yè)級安規標準，具有安全可靠、結構簡(jiǎn)單、維護方便、擴展性強等技術(shù)特點(diǎn)，通過(guò)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)管理和安全管理，為遠程監控提供了網(wǎng)絡(luò )基礎，實(shí)現懸浮磁化焙燒系統的遠程自動(dòng)化控制，大幅提高生產(chǎn)能力和安全管理水平。

（2）強大、快速的網(wǎng)絡(luò )故障自愈能力、網(wǎng)絡(luò )保護能力。DLR以太環(huán)網(wǎng)利用斷路警告、環(huán)網(wǎng)狀態(tài)監測、環(huán)網(wǎng)狀態(tài)恢復三種機制來(lái)對其進(jìn)行維護，其中任何一個(gè)節點(diǎn)故障，環(huán)網(wǎng)保護功能均能實(shí)時(shí)快速響應將數據切換到備用鏈路，保障網(wǎng)絡(luò )正常運行。

（3）ControlLogix系統DLR以太環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)監測功能完美地解決了傳統環(huán)網(wǎng)中單點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )故障難以發(fā)現，只有在出現兩處以上時(shí)才能反映出網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題的缺點(diǎn)，通過(guò)對工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設備進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描監控，實(shí)現出現故障實(shí)時(shí)報警，提醒技術(shù)人員及時(shí)處理，避免影響懸浮磁化焙燒安全生產(chǎn)。

3.3.4 DLR網(wǎng)絡(luò )所屬控制系統設備維護與故障處理應急處置措施

ControlLogix系統DLR工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)強大的功能之一突出表現在網(wǎng)絡(luò )檢測及報警處理方面，當DLR工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)出現故障時(shí)將面臨著(zhù)遠程控制柜以太網(wǎng)通訊中斷，遠程PLC柜故障丟等問(wèn)題，當DLR出現單點(diǎn)或多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)，為了確?？刂葡到y設備第一時(shí)間得到快速響應處理設備問(wèn)題，特制定以下應急處置措施：

（1）當設備出現單點(diǎn)故障時(shí)，在主控室上位操作站DLR網(wǎng)絡(luò )主頁(yè)將顯示網(wǎng)絡(luò )上檢測到的故障次數，將設備的故障狀態(tài)映射到顯示頁(yè)面，并發(fā)出報警提示，維護人員第一時(shí)間需控制措施解決故障。

（2）當控制系統出現多點(diǎn)設備故障時(shí)，維護人員在上位操作站根據DLR網(wǎng)絡(luò )主頁(yè)顯示信息可快速判斷設備故障位置，確認現場(chǎng)PLC柜設備狀態(tài)，處理DLR網(wǎng)絡(luò )信息所對應的現場(chǎng)遠程PLC網(wǎng)絡(luò )設備，精準快速地排查處理問(wèn)題。

（3）技術(shù)人員定期在DLR網(wǎng)絡(luò )主頁(yè)界面或下位程序檢查網(wǎng)絡(luò )的狀態(tài)信息，關(guān)注網(wǎng)絡(luò )模塊配置中網(wǎng)絡(luò )檢測到環(huán)故障的次數統計，做到重點(diǎn)環(huán)節重點(diǎn)監護。

（4）在現場(chǎng)硬件故障排除解決后，及時(shí)清除網(wǎng)絡(luò )組態(tài)結構中故障信息和復位計數器，便于對網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)的新一輪信息采集，如圖3所示。

圖3 懸浮焙燒爐系統Studio 5000下位軟件網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)信息圖

（5）通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )設備定期檢查與維護、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)功能的定期診斷等及時(shí)排查設備可能存在的隱患，從而降低設備發(fā)生故障的概率，確保設備正常運行，同時(shí)針對日常排查的問(wèn)題不斷進(jìn)行改善，從而提高設備本質(zhì)安全和利用率。

4 結束語(yǔ)

ControlLogix系統DLR網(wǎng)絡(luò )控制技術(shù)在懸浮磁化焙燒系統的應用，有效地推進(jìn)了懸浮焙燒生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制的高產(chǎn)高效穩定運行，提高了企業(yè)核心競爭力，對于提高懸浮磁化焙燒的生產(chǎn)效率、安全水平、生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理具有重要的作用。懸浮磁化焙燒ControlLogix系統DLR網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、工業(yè)視頻監控系統的可靠運行是不可或缺的，開(kāi)創(chuàng )了高水平自動(dòng)化大規模工業(yè)應用的先河，為酒鋼成功攻克世界級難選鐵礦石高效利用難題貢獻了應有的價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：

藺喜軍 （1981-），男，甘肅嘉峪關(guān)人，工程師，碩士，現就職于酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司，從事工業(yè)自動(dòng)化控制工作。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2022年7月刊