罗克韦尔的DCS冗余系统在造纸行业的应用研究

摘 要：集散控制系统（DCS），是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节、监视管理的控制技术，以其高可靠性和在控制、管理上的卓越优点已被广泛应用于石油、化工、冶金、电力等行业，是目前最为先进的过程控制系统。重点介绍了基于Rockwell硬件、软件构建的DCS冗余系统在造纸行业中的解决方案。
关键词：DCS；冗余系统；造纸
0 前言
　　DCS是现代工业的重要支柱之一，是可靠性高、应用非常广泛的工业控制产品。在中大型模块化的DCS产品中，PLC模块（中央处理器）是DCS的中心，一些重大的工业生产线往往要求连续运行不能停顿，而可靠性再高的PLC也不能保证故障为零，因此，双PLC的冗余控制是一种满足连续生产要求、提高系统可用性的有效手段。Controllogix是Rockwell公司在1998年推出AB系列的模块化PLC，Controllogix可以提供完善的控制器的冗余功能，采用热备的方式构建控制器，两个CPU 框架采用完全相同的配置，它们之间使用同步电缆连接，不仅控制器可以采用热备，通讯网络也可以采用相似的方式进行热备，除此之外Rockwell的ReviewSE还可以通过软件的方法来构建冗余系统，这样大大提高了控制器的运行的可靠性。
1 系统的网络结构
　　系统设计包括上浆系统、制浆系统、水处理系统。系统采用Rockwell的三级网络，信息层采用以太网（EntherNet）实现系统数据交换；中间层为控制层（ControlNet）负责系统通讯；底层是设备（DeviceNet），网络连接就地设备。设备网、控制网和以太网构建起网络系统的三级框架，实现了分布式控制方案。在任何一级网络上都可以对现场设备进行实时的监控。如果主控制间与辅助车间控制室距离较远，可以采用光纤通讯。

2 系统的硬件冗余
　　主控制问与辅助车间的控制器选用Rockwell的ControlLogix L61，由于系统采用冗余结构，在主控制柜内安装了一对CPU冗余框架和两个I／O框架，在这对冗余框架中的模块配置一致。在每个冗余框架中安装了以下模块：1个控制器、1个CNBR模块、1个ENBT模块、1个SRM 模块、2个SRM 模块采用1757一SRC连接光缆。远程I／0站采用1756系列的数字输人输出、模拟输人输出、热电阻、高速计数模块，与PLC冗余框架之间采用了双通道DeviceNet网络通讯。
　　对于冗余系统要对主从框架上的ENBT模块的IP地址和CNBR模块的站点号做相应的设置：主从ENBT模块的IP地址要设成一致，CNBR模块的站点号要设成一致，同步成功后从框架的ENBT模块的IP地址和CNBR模块的站点号自动加1，并且主从框架CNBR模块的站点号的设置要高于远程10框架上的CNBR模块的站点号。当主机架的任一组件发生掉电、主机架中的任一模块被安装、拆卸、出错、控制器发生主要故、ControlNet分接头或以太网电缆断开的故障时控制权切换到从控制器，从而确保整个系统的不间断稳定运行。

3 系统的软件冗余
　　整个控制系统所使用的软件均为Rockwell公司的软件产品：RSLogix5000、RSLink Enerprise、RSNetWorx、RS—ViewSE、RSSQL。其中RSLogix5000为程序开发软件，RS—ViewSE为HMI画面开发软件，RSNetWorx为网络组态软件，RSLink Enerprise是一个标准的OPC服务器软件，它是RSView Server与PLC通讯的桥梁。
　　RSView SE是遵循Rockwell Software提出的FactoryTalk架构的HMI产品，可以按用户的要求编翩监控程序及友好的操作界面。在HMI画面上可以实现自动控制参数总览、设定值及PID参数控制面板、仪表信号图、实时趋势图、历史趋势图故障报警画面等。通过对这些操作界面的操作，可监视温度、压力、流量的变化趋势，对故障报警进行显示，对生产状况分析，可以使操作员随时对现场进行生产过程的操作指导及控制。另外采用RSVJew SE的分布式系统时，用户可以只开发一次画面，在一个服务器上保存，就可以从网络上的任何Client站读取Server上的画面，无需拷贝、导入、转换或重建标签或重新输人命令。
　　目前大多数工业系统都采用传统的硬件备用方式，采用软件方法解决冗余系统是冗余系统发展趋势，罗克韦尔推出的RSViewSE监控组态软件能构方便地构建软件冗余系统，保证系统的有效性。构建软件冗余系统需要2台服务器来配置主从冗余，通过简单的冗余配置就可以搭建一个完善的热各系统，结构框图如下：

　　RSView Studio开发好项目后将项目文件下载到RS—View Server中，系统的配置信息存放在FactoryTalk中，RSLinx Enterprise做为PLC与RSView Client通讯的桥梁。整个系统采用主从热备形式，当主服务器出现工作故障时时，冗余服务器会自动与PLC或客户机通讯。
　　RSView SE还具有内置的FactoryTalk Diagnostics功能。作为后台运行的FactoryTalk平台的一部分，Facto—ryTalk Diagnostics将整个系统的活动、报警、和错误信息分别送至不同的地方进行日志记录，FactoryTalk Diagnostics代替了RSView的活动日志和各类信息记录．
4 系统的数据库系统
　　虽然SView SE内置的FactoryTalk Diagnostics能记录每个操作员在每台操作员站的操做记录，能满足造纸行业的一般要求。但随着生产企业对他们的生产信息的需要的与日俱增，生产企业的管理者不但要求在生产现场的上位机中能随时了解各种设备的运行情况，而且他们需要在办公室甚至随时随地的实时知道企业的运行状况，包括各种生成设备的运行状态，那么建立以Internet为基础的企业网络数据库可以解决这一问题的较好方案，管理者可以通过Internet浏览本公司数据库网页，网页上显示的是企业设备现在运行状况的有关数据，管理者可以根据要求来分类查询这些数据记录。
　　利用罗克韦尔软件和其它软件可以方便地制作罗克韦尔网络数据库。方案具体如下：在服务器上工部署下列软件：SQL Server2000、IIS web服务、RSSQL。罗克韦尔通信软件RSSql是基于Windows NT在控制系统和企业数据库系统之间提供双向连接的工业数据事务管理系统。此方案中，在控制端，RSSql连接RSViewSE，在企业数据库端，RSSql通过0LE— DB连接Microsoft SQL Server。
　　首先在SQL Server中建立对应的数据库存放采集的数据，并在数据库创建相应的数据表，并为外部数据在表中建立对应的列，用简单的VB语句开发应用数据库的存储过程输。作为企业数据库与控制数据库之间的桥梁，RSSql不用编程就可以在两个数据库之间进行数据的透明传输，通过系统简单的设置和组态就可以控制服务器的数据就与企业数据库SQL数据一一对应，从而实现数据的传输。

　　最终操作员站上发生的操作事件自动发送到SQLServer数据库服务器，各个设备的反馈信号通过RSSQL发送到SQL Server服务器，事件报表服务通过IIS Web服务自动发布到以太网上，各操作员站可以通过内嵌于HMI画面中的IE浏览器来访问报表服务。企业管理者也可以通过网络访问相应的IP地址来访问数据报表。
5 结论
　　介绍了以工业三层网络为平台，基于Rockwell硬件、软件构建的DCS冗余系统解决方案。该DCS控制系统的应用，大大增强了生产自动化的水平，提高了产品质量和生产效率，而且其冗余的特性更是能最大限度地保证了制浆、造纸生产在一定时期内系统的不间断安全运行。
参考文献
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