雙重冗余工業(yè)以太網(wǎng)在陽(yáng)極焙燒系統中的應用
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作為預焙陽(yáng)極生產(chǎn)焙燒工序中的關(guān)鍵設備，不僅投資約占陽(yáng)極總投資的30%，而且也是影響產(chǎn)品質(zhì)量、能耗和環(huán)境的重要環(huán)節．隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展焙燒爐建造的材料及技術(shù)日趨成熟，我國目前已完全能建造性能良好的焙燒爐E2J．
但是，目前世界上還沒(méi)有成熟的焙燒爐控制系統，最先進(jìn)的技術(shù)是法國A．P公司的陽(yáng)極焙燒控制系統．我國大型鋁廠(chǎng)的陽(yáng)極焙燒爐一般采用敞開(kāi)式焙燒爐，基本上仍處于日輕焙燒爐的技術(shù)水平上，能耗高，生產(chǎn)能力低下、爐溫控制精度偏低、煙氣排量大。在國家有關(guān)“走新型工業(yè)化道路的方向，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，增強自主創(chuàng )新能力”的要求下，鋁行業(yè)各企業(yè)積極開(kāi)展陽(yáng)極炭素焙燒技術(shù)改造工作．
1陽(yáng)極炭素焙燒系統
1．1陽(yáng)極炭素焙燒系統構成及其功能
陽(yáng)極炭素焙燒系統主要由生塊編組系統、重油系統、窯爐焙燒系統、熟塊解組系統及煙氣凈化系統構成．生塊編組系統是將成型車(chē)間制造且已壓制成型的陽(yáng)極生炭塊通過(guò)鏈式輸送機、輥式輸送機輸送至編組站進(jìn)行編組，編成正反（炭碗）相間的組，供天車(chē)裝爐；重油系統是將油庫或油車(chē)中重油輸送到重油儲罐，并對重油儲罐進(jìn)行保溫、壓力及液位控制，再將任意一個(gè)重油儲罐中重油通過(guò)重油泵以一定壓力和流量注入焙燒車(chē)間重油運輸管道，輸送到焙燒爐面出油口，供燃燒架系統使用；窯爐焙燒系統包括燃燒架系統及排煙架系統2部分，燃燒架系統是將重油系統送來(lái)的重油，經(jīng)過(guò)增壓泵提高重油壓力，并通過(guò)電加熱器及電拌熱裝置保持重油溫度在一定范圍之內，再將增壓后重油送人燃燒架的燃燒器，按升溫曲線(xiàn)要求通過(guò)控制器控制電磁脈沖閥噴射頻率將重油噴人爐室，經(jīng)過(guò)燃燒使陽(yáng)極炭塊按預定溫升曲線(xiàn)升溫，以使生塊中粘結用瀝青及其成分滲出，炭塊中伴隨著(zhù)發(fā)生相應物理化學(xué)反應，使炭塊的性能達到電解陽(yáng)極要求．排煙架系統是通過(guò)利用燃燒后煙氣余熱使生塊按預定升溫曲線(xiàn)預熱，使生塊在規定時(shí)問(wèn)內達到焙燒初始溫度，并控制煙氣的壓力及電動(dòng)閥開(kāi)度使重油能充分燃燒；熟塊解組系統是將已完成規定時(shí)間焙燒的陽(yáng)極熟炭塊通過(guò)鏈式輸送機輸送至解組站進(jìn)行解組，再通過(guò)輥式輸送機運送至成品庫；煙氣凈化系統將焙燒爐產(chǎn)生燃燒后煙氣經(jīng)過(guò)地下環(huán)形煙道送入煙氣凈化裝置處理以達到環(huán)保要求．有關(guān)陽(yáng)極焙燒生產(chǎn)設備及技術(shù)要求的詳細介紹見(jiàn)文獻[4]．
1．2陽(yáng)極炭素焙燒DCS系統
由于整個(gè)焙燒系統生產(chǎn)及控制設備分散在不同地點(diǎn)，且工藝復雜、控制要求高、控制難度大，因此在現場(chǎng)控制層，將各子系統歸人不同的控制站，采用PIC及HMI實(shí)現分散控制和監視，以達到工藝和控制要求及保證可靠性；在監控層則應根據各子系統功能及其重要性合理配置監控計算機及輔助設備，以實(shí)現各控制站之間的監控及協(xié)調工作，最終實(shí)現基于PLC的DCS控制方案．據上述原則，現場(chǎng)控制站分為9個(gè)，即生塊編組控制站（AC1）、熟塊解組控制站（AC2）、重油系統控制站（AC3）、煙氣凈化控制站（AC4）、1號排氣架控制站（AC5）、2號排氣架控制站（AC6）、I號燃燒架控制站（ACT）、2號燃燒架控制站（AC8）及3號燃燒架控制站（AC9），其中1號排氣架控制站（AC5）與2號排氣架控制站（AC6）為“一用一備”．監控站為4個(gè)，分別是陽(yáng)極生塊編組監控站、陽(yáng)極熟塊解組監控站、窯爐公用監控站及窯爐焙燒監控站．
為保證控制方案的可靠實(shí)現，采用了功能完善、安全可靠的硬件及軟件體系．以TE系列電氣元件結合配電綜合自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現系統可靠的供配電；以SchneiderQuantum系列PIC、Magelis系列HMI、研華工控機及配套監控軟件實(shí)現現場(chǎng)控制站及監控站；以國際著(zhù)名公司的常規儀表設備實(shí)現信號的精確檢測．為了實(shí)現4個(gè)監控站與9個(gè)現場(chǎng)控制站之間的數據通訊，以及與企業(yè)Intranet之間的生產(chǎn)數據交互，尚需構建通訊系統．由于陽(yáng)極炭素焙燒系統為正常情況下24h連續工作，控制中需要多個(gè)控制站之間數據交換，因此必須保證控制系統之間有快速可靠的通訊方式，同時(shí)要考慮與企業(yè)Intranet網(wǎng)絡(luò )兼容及易于實(shí)現、擴展等因素，因此在通訊系統中決定采用1OM／1OOM自適應雙重冗余工業(yè)現場(chǎng)以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)．
2雙重冗余工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)應用
2．1工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)
工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是成熟以太網(wǎng)技術(shù)在控制網(wǎng)絡(luò )延伸的產(chǎn)物，同時(shí)也是控制技術(shù)對現場(chǎng)設備通信性能要求提高的必然結果[5]．近年來(lái)，隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)應用領(lǐng)域的擴展和建立企業(yè)信息系統的需求，加之以太網(wǎng)技術(shù)的具有標準開(kāi)放、結構簡(jiǎn)單、技術(shù)更新速度快及網(wǎng)絡(luò )可平滑升級等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)以太網(wǎng)在現場(chǎng)總線(xiàn)中迅速崛起并不斷發(fā)展．眾多的組織和廠(chǎng)商在解決普通以太網(wǎng)技術(shù)應用到工業(yè)環(huán)境下控制網(wǎng)絡(luò )的過(guò)程中，根據其技術(shù)特點(diǎn)和歷史原因出現了多種工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)．目前主流的工業(yè)以太網(wǎng)有：①由Modbus～IDA／施耐德電氣（SchneiderElectric）公司提出的Modbus／TCP；②由控制網(wǎng)國際組織CI（ControlNetInternational，CI）和開(kāi)放式設備網(wǎng)供貨商協(xié)會(huì )ODVA（OpenDeviceNetVendorsAsso—ciation，ODVA）／羅克韋爾自動(dòng)化（RockwellAuto—marion）公司提出的EtherNet／IP；③由Profibus用戶(hù)組織PN0（ProfibusNutzerOrganization，PNO）／西門(mén)子（Siemens）公司提出的Profinet；④由現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )FF（Field—busFoundation）提出的HSE．Modbus／TCP是Modbus的延伸，基于以太網(wǎng)和標準TCP／IP協(xié)議，并將Modbus協(xié)議直接應用到第4層，實(shí)時(shí)擴展采用了在UDP上的實(shí)時(shí)發(fā)布者預訂者RTPS（Real—timePublisherSubscriber，RTPS），構成一個(gè)結構簡(jiǎn)單的、開(kāi)放和廣泛應用的傳輸協(xié)議．采用星型拓撲結構，支持10Mb／s、100Mb／s和1000Mb／s設備，可構成幾乎無(wú)限規模的網(wǎng)絡(luò )．正是由于Modbus／TCP的這些特點(diǎn)，使得其在工業(yè)現場(chǎng)的應用越來(lái)越廣泛．有關(guān)其余幾種以太網(wǎng)技術(shù)詳細介紹見(jiàn)文獻[6]．
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