基于IAS軟件平臺的電解鋁廠監控系統

周德華

(中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，太原 030006)

目前，我國某些企業的信息化建設水平還無法滿足現代企業管理對自動化和信息化的需求，決策層無法實時高效地進行調度決策，因此有必要將底層設備網絡、監控網絡和信息管理網進行集成，構建完善的全廠監控系統。筆者以某電解鋁廠的陽極焙燒車間為例，介紹采用IAS(Industrial Application Server)軟件平臺設計其監控系統，解決該車間數據孤立的問題，使該車間的監控數據能夠傳輸到廠級安全生產指揮中心，對陽極焙燒車間的生產運行情況進行監控，從而實現領導層的高效調度決策；同時，通過監控網絡和信息網絡的集成，實現工作人員采用Web即可瀏覽陽極焙燒車間和整個電解鋁廠的實時生產數據，對所有信息進行統一高效管理，提高整個企業的信息化水平。

某電解鋁廠的陽極焙燒車間由SLC-500 PLC和專用設備進行自動控制，主要由現場PLC站、DH+網、以太網、數據服務器、控制上位機、工程師站及操作員站等組成，如圖1所示。

圖1 某陽極焙燒車間監控系統網絡

焙燒過程中溫度及壓力等參數通過以太網與上位機進行信息交互；上位機將數據進行濾波處理后執行相應的控制算法，向現場PLC站發送控制指令，對爐溫根據預先設定的曲線進行升溫；現場PLC站則完成現場所有設備的閉鎖聯鎖安全控制、調節工業參數并執行控制指令。焙燒的主控系統配有上位機和打印機，可以對過程控制參數進行分析、整理和打印。焙燒煙氣凈化系統由3臺SLC5/04 PLC控制，3臺PLC由DH+總線連接，最后接入煙氣凈化系統的工控機；總操作員站對焙燒煙氣凈化系統進行數據讀取和控制；重油輸送系統由AB SLC5/04 PLC控制，此PLC中自帶RS232串行通信接口，通過RS232/IP轉換模塊1761-NET-ENI，用以太網方式經小型交換機接入兩臺上位機。1761-NET-ENI RS232/IP轉換模塊是網絡接口設備，可為具有RS232接口的設備提供IP接口，SLC5/04 PLC即為具有RS232接口的設備。1751-NET-ENI通信模塊在設備間起隔離作用，消除或減少各設備間的相互干擾，而且能夠根據應用需要確定節點設備的數量，減少投資，并且有利于系統的升級和擴展。

為了完善陽極焙燒車間監控系統并提升底層自動化系統的功能，實現對焙燒車間生產過程數據的集中監控，將焙燒系統接入整個電解鋁廠監控環網，如圖2所示。

圖2 焙燒車間接入全廠監控環網結構示意圖

2 軟件部分

IAS具有對簡化分布式自動應用程序的開發、工廠建模和維護的基礎應用結構，可實現對底層數據的采集、數據分析、報警及協作等功能。IAS平臺包括：GalaxyRepository(GR)是配置信息數據庫，用以存儲和更新整個項目的配置信息；IDE為集成開發環境，可以對工程對象建模，如對象的建立、底層控制設備的點位信息管理及對象的部署等，同時可在該集成開發環境中安裝InTouch設計監控畫面，因此一般以裝有IDE的計算機作為工程站；DA ServerNode為數據訪問服務器，通過DA Server可以連接工業控制現場設備，完成現場設備數據的讀取和控制功能；Factory Suite Gateway(FS Gateway)是Wonderware Factory Suite套件中的網關軟件，可看作協議轉換工具，通過它即可用DDE及OPC Client等方式連接，FS Gateway也可作為OPC服務器。

2.1 軟件平臺的搭建

為實現陽極焙燒系統數據的共享、集中調度并實現應用導航，需構建電解鋁廠信息平臺，該信息平臺集成了陽極焙燒車間和其他子車間的生產實時數據。監控信息平臺的構建內容有：建立廠級監控數據庫，實現對監控信息的存儲，提供標準功能組件和標準接口供其他程序調用；配置SCADA，實現新增自動化系統和調度指揮中心對實時生產信息進行監控、報警、記錄與分析；配置高性能客戶端工具軟件，對實時生產信息進行計算、統計與分析；配置Web企業門戶軟件，支持基于B/S模式綜合信息瀏覽。筆者選用Wondeware的相關軟件，采用Application+InSQL架構的某電解鋁分公司的以生產管理與監控為中心的集成平臺(圖3)。

綜合信息瀏覽采用B/S模式，在計算機終端綜合顯示各管理和生產數據，實現應用導航，用戶授權后即可采用Web方式讀取工業現場的實時數據，了解生產運行情況。生產管理調度層運行以Wonderware Industrial Application Server系統套件為基礎構件的MES系統。

圖3 Application+InSQL架構的生產管理與監控集成平臺

2.2 基于OPC的IAS與PLC的通信

為了采集工業現場的實時數據，設計實現上位機應用軟件和底層控制設備的數據通信，只有底層的控制器有相應的通信接口驅動程序，信息交互才能實現。IAS和底層PLC的通信也需要這一接口程序來實現，此處采用OPC技術解決此問題。

焙燒車間底層控制器采用AB PLC，在監控服務器上裝有AB PLC的通信驅動軟件RSlinx，由于焙燒車間的PLC已經接入了監控環網，所以在監控服務器上即可瀏覽到焙燒車間的PLC，因此只需進行本地OPC通信即可；由于焙燒煙氣凈化噴淋系統的底層設備采用DH+網絡，所以無法瀏覽到底層PLC，需要通過遠程OPC技術讀取網關(本工程中為工控機)對焙燒煙氣凈化系統進行遠程監控。實現遠程OPC數據傳輸需進行DCOM配置。

ArchestrA IDE為IAS2.0集成開發環境，包括OPC客戶端配置、OPC通信的建立、數據的統一管理與部署及InTouch組態界面的設計等。在IDE集成開發環境中對整個工業現場對象建模，如AppEngine及OPC Client area等，將建好的模型信息儲存在GalaxyDatabase數據庫中；同樣在IDE中將建好的對象部署(Deploy)到Application Server服務器中。

IAS2.0可以與RSlinx進行數據交換，其中OPC服務器為RSlinx，客戶端為IAS2.0系統平臺。OPC配置界面如圖4所示，Server node為OPC服務器計算機名稱，Server name是OPC Server的軟件名稱(即RSlinx通信軟件)。此開發環境的部署界面如圖5所示。

圖4 IDE開發環境OPC配置界面

圖5 IDE開發環境部署界面

如圖6所示，整個底層PLC與其他設備的點位信息都統一集中在該平臺下，便于統一管理、修改與部署，節省了開發時間。

圖6 IDE開發環境數據管理界面

在該平臺下即可進行組態畫面的設計，也可以在獨立的InTouch工程中設計畫面，然后導入該平臺實現整個工程項目組態界面的集成。

2.3 監控界面

筆者采用WindowMake設計InTouch上位機畫面，此開放環境設計圖形界面的方法和功能很強大，并設有腳本編輯器。在監控系統中，監控系統界面主要以圖形化方式向用戶展示整個陽極焙燒系統各子系統的工藝流程和各位置的工藝參數。工作人員可以通過該運行界面查看焙燒車間的實時運行數據和系統運行狀況。系統運行界面如圖7所示。

圖7 系統運行界面

3 結束語

基于IAS軟件平臺的電解鋁廠陽極焙燒車間監控系統，解決了與其他子車間的異構控制網、以太網、視頻監控網與數據相互孤立的現狀，使底層設備控制層、生產過程監控層和信息管理系統實現了高效集成，能夠自動采集工業生產現場的實時數據，實現信息的高度共享；完善和提高了工業現場的自動化程度，解決了原底層自動化系統存在的問題；實現監控網和信息管理網的有效集成，通過對底層運行狀況、控制參數和數據的分析統計與逐級匯總，分層實現了數據的逐級傳遞、上級對下級的生產進行指導，實現了控制和管理的有效集成，通過對現場數據、各種圖形和報表的分析，為決策層提供實時數據，提高了企業的生產效率。