摘 要：集散控制系統(tǒng)（DCS），是以多個(gè)微處理機(jī)為基礎(chǔ)利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和冗余技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)分散控制對(duì)象的調(diào)節(jié)、監(jiān)視管理的控制技術(shù)，以其高可靠性和在控制、管理上的卓越優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力等行業(yè)，是目前最為先進(jìn)的過(guò)程控制系統(tǒng)。重點(diǎn)介紹了基于Rockwell硬件、軟件構(gòu)建的DCS冗余系統(tǒng)在造紙行業(yè)中的解決方案。
關(guān)鍵詞：DCS；冗余系統(tǒng)；造紙
0 前言
　　DCS是現(xiàn)代工業(yè)的重要支柱之一，是可靠性高、應(yīng)用非常廣泛的工業(yè)控制產(chǎn)品。在中大型模塊化的DCS產(chǎn)品中，PLC模塊（中央處理器）是DCS的中心，一些重大的工業(yè)生產(chǎn)線往往要求連續(xù)運(yùn)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(xù)生產(chǎn)要求、提高系統(tǒng)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(gòu)建控制器，兩個(gè)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(wǎng)絡(luò)也可以采用相似的方式進(jìn)行熱備，除此之外Rockwell的ReviewSE還可以通過(guò)軟件的方法來(lái)構(gòu)建冗余系統(tǒng)，這樣大大提高了控制器的運(yùn)行的可靠性。
1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括上漿系統(tǒng)、制漿系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用Rockwell的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，信息層采用以太網(wǎng)（EntherNet）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換；中間層為控制層（ControlNet）負(fù)責(zé)系統(tǒng)通訊；底層是設(shè)備（DeviceNet），網(wǎng)絡(luò)連接就地設(shè)備。設(shè)備網(wǎng)、控制網(wǎng)和以太網(wǎng)構(gòu)建起網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的三級(jí)框架，實(shí)現(xiàn)了分布式控制方案。在任何一級(jí)網(wǎng)絡(luò)上都可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。如果主控制間與輔助車間控制室距離較遠(yuǎn)，可以采用光纖通訊。

2 系統(tǒng)的硬件冗余
　　主控制問(wèn)與輔助車間的控制器選用Rockwell的ControlLogix L61，由于系統(tǒng)采用冗余結(jié)構(gòu)，在主控制柜內(nèi)安裝了一對(duì)CPU冗余框架和兩個(gè)I／O框架，在這對(duì)冗余框架中的模塊配置一致。在每個(gè)冗余框架中安裝了以下模塊：1個(gè)控制器、1個(gè)CNBR模塊、1個(gè)ENBT模塊、1個(gè)SRM 模塊、2個(gè)SRM 模塊采用1757一SRC連接光纜。遠(yuǎn)程I／0站采用1756系列的數(shù)字輸人輸出、模擬輸人輸出、熱電阻、高速計(jì)數(shù)模塊，與PLC冗余框架之間采用了雙通道DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通訊。
　　對(duì)于冗余系統(tǒng)要對(duì)主從框架上的ENBT模塊的IP地址和CNBR模塊的站點(diǎn)號(hào)做相應(yīng)的設(shè)置：主從ENBT模塊的IP地址要設(shè)成一致，CNBR模塊的站點(diǎn)號(hào)要設(shè)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(diǎn)號(hào)自動(dòng)加1，并且主從框架CNBR模塊的站點(diǎn)號(hào)的設(shè)置要高于遠(yuǎn)程10框架上的CNBR模塊的站點(diǎn)號(hào)。當(dāng)主機(jī)架的任一組件發(fā)生掉電、主機(jī)架中的任一模塊被安裝、拆卸、出錯(cuò)、控制器發(fā)生主要故、ControlNet分接頭或以太網(wǎng)電纜斷開(kāi)的故障時(shí)控制權(quán)切換到從控制器，從而確保整個(gè)系統(tǒng)的不間斷穩(wěn)定運(yùn)行。

3 系統(tǒng)的軟件冗余
　　整個(gè)控制系統(tǒng)所使用的軟件均為Rockwell公司的軟件產(chǎn)品：RSLogix5000、RSLink Enerprise、RSNetWorx、RS—ViewSE、RSSQL。其中RSLogix5000為程序開(kāi)發(fā)軟件，RS—ViewSE為HMI畫面開(kāi)發(fā)軟件，RSNetWorx為網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件，RSLink Enerprise是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的OPC服務(wù)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(gòu)的HMI產(chǎn)品，可以按用戶的要求編翩監(jiān)控程序及友好的操作界面。在HMI畫面上可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制參數(shù)總覽、設(shè)定值及PID參數(shù)控制面板、儀表信號(hào)圖、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖、歷史趨勢(shì)圖故障報(bào)警畫面等。通過(guò)對(duì)這些操作界面的操作，可監(jiān)視溫度、壓力、流量的變化趨勢(shì)，對(duì)故障報(bào)警進(jìn)行顯示，對(duì)生產(chǎn)狀況分析，可以使操作員隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的操作指導(dǎo)及控制。另外采用RSVJew SE的分布式系統(tǒng)時(shí)，用戶可以只開(kāi)發(fā)一次畫面，在一個(gè)服務(wù)器上保存，就可以從網(wǎng)絡(luò)上的任何Client站讀取Server上的畫面，無(wú)需拷貝、導(dǎo)入、轉(zhuǎn)換或重建標(biāo)簽或重新輸人命令。
　　目前大多數(shù)工業(yè)系統(tǒng)都采用傳統(tǒng)的硬件備用方式，采用軟件方法解決冗余系統(tǒng)是冗余系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，羅克韋爾推出的RSViewSE監(jiān)控組態(tài)軟件能構(gòu)方便地構(gòu)建軟件冗余系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的有效性。構(gòu)建軟件冗余系統(tǒng)需要2臺(tái)服務(wù)器來(lái)配置主從冗余，通過(guò)簡(jiǎn)單的冗余配置就可以搭建一個(gè)完善的熱各系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)框圖如下：

　　RSView Studio開(kāi)發(fā)好項(xiàng)目后將項(xiàng)目文件下載到RS—View Server中，系統(tǒng)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(gè)系統(tǒng)采用主從熱備形式，當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)工作故障時(shí)時(shí)，冗余服務(wù)器會(huì)自動(dòng)與PLC或客戶機(jī)通訊。
　　RSView SE還具有內(nèi)置的FactoryTalk Diagnostics功能。作為后臺(tái)運(yùn)行的FactoryTalk平臺(tái)的一部分，F(xiàn)acto—ryTalk Diagnostics將整個(gè)系統(tǒng)的活動(dòng)、報(bào)警、和錯(cuò)誤信息分別送至不同的地方進(jìn)行日志記錄，F(xiàn)actoryTalk Diagnostics代替了RSView的活動(dòng)日志和各類信息記錄．
4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)
　　雖然SView SE內(nèi)置的FactoryTalk Diagnostics能記錄每個(gè)操作員在每臺(tái)操作員站的操做記錄，能滿足造紙行業(yè)的一般要求。但隨著生產(chǎn)企業(yè)對(duì)他們的生產(chǎn)信息的需要的與日俱增，生產(chǎn)企業(yè)的管理者不但要求在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的上位機(jī)中能隨時(shí)了解各種設(shè)備的運(yùn)行情況，而且他們需要在辦公室甚至隨時(shí)隨地的實(shí)時(shí)知道企業(yè)的運(yùn)行狀況，包括各種生成設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，那么建立以Internet為基礎(chǔ)的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)可以解決這一問(wèn)題的較好方案，管理者可以通過(guò)Internet瀏覽本公司數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)頁(yè)，網(wǎng)頁(yè)上顯示的是企業(yè)設(shè)備現(xiàn)在運(yùn)行狀況的有關(guān)數(shù)據(jù)，管理者可以根據(jù)要求來(lái)分類查詢這些數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。方案具體如下：在服務(wù)器上工部署下列軟件：SQL Server2000、IIS web服務(wù)、RSSQL。羅克韋爾通信軟件RSSql是基于Windows NT在控制系統(tǒng)和企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)之間提供雙向連接的工業(yè)數(shù)據(jù)事務(wù)管理系統(tǒng)。此方案中，在控制端，RSSql連接RSViewSE，在企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)端，RSSql通過(guò)0LE— DB連接Microsoft SQL Server。
　　首先在SQL Server中建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)存放采集的數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，并為外部數(shù)據(jù)在表中建立對(duì)應(yīng)的列，用簡(jiǎn)單的VB語(yǔ)句開(kāi)發(fā)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)過(guò)程輸。作為企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)與控制數(shù)據(jù)庫(kù)之間的橋梁，RSSql不用編程就可以在兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的透明傳輸，通過(guò)系統(tǒng)簡(jiǎn)單的設(shè)置和組態(tài)就可以控制服務(wù)器的數(shù)據(jù)就與企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)SQL數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

　　最終操作員站上發(fā)生的操作事件自動(dòng)發(fā)送到SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，各個(gè)設(shè)備的反饋信號(hào)通過(guò)RSSQL發(fā)送到SQL Server服務(wù)器，事件報(bào)表服務(wù)通過(guò)IIS Web服務(wù)自動(dòng)發(fā)布到以太網(wǎng)上，各操作員站可以通過(guò)內(nèi)嵌于HMI畫面中的IE瀏覽器來(lái)訪問(wèn)報(bào)表服務(wù)。企業(yè)管理者也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)相應(yīng)的IP地址來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)報(bào)表。
5 結(jié)論
　　介紹了以工業(yè)三層網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，基于Rockwell硬件、軟件構(gòu)建的DCS冗余系統(tǒng)解決方案。該DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用，大大增強(qiáng)了生產(chǎn)自動(dòng)化的水平，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)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(chǎn)在一定時(shí)期內(nèi)系統(tǒng)的不間斷安全運(yùn)行。
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