管控一体化方案在铝熔铸车间的运用

管控一体化方案在铝熔铸车间的应用熔铸厂 陈生国摘要：管控一体化在熔铸车间的应用可以达到生产的高度透明化、开放化，从而大大减少整个系统数据统计的工作量，降低车间操作人员和调度人员的劳动强度，生产工艺指标的控制更易实现，提高企业现代化管理的水平，确保熔铸车间安全高效的生产。以分散控制、集中管理、综合监控的模式，实现熔铸车间管理自动化、合理化。本文提出了一种实现管控一体化的方案。关键词：管控一体化；熔铸；AbstractThe Application of the Integrity Proposal of Management and Control in the Remelting and Casting Workshop may lead to the apparent and opening-up of the production, thus reduce the working load of the data statistic of the whole system, decrease the labor duty of the operators and scheduling staff in the workshop, ease the fulfillment of the control of the production process indexes, improve the scientific management level of the enterprise, and ensure the production to be achieved safely and high efficiently. To realize the atomization and reasonablization of the management in the Remelting and Casting Workshop by adopting the mode of scattering control, concentration management and comprehensive monitor. The thesis provides a Proposal to realize the Integrity of Management and Control.Keyword: Integrity of Management and Control; Remelting and Casting1、引言管理控制一体化 ,是指将企业内现场控制、过程监控、经营管理、市场管理等各层次智能设备 (包括各种智能仪表、I/O模块、PLC、DCS、组态软件和计算机 )互联成多层次企业网络 ,实现信息交换和数据共享。将它合理应用于熔铸车间的生产过程中，通过网络架构集成现场各独立的PLC控制站、智能仪表等控制设备，使各个工艺过程、工艺环节成为一个有机的整体，统一传输网络平台解决各子系统独立控制、信息相对独立、系统相对独立的缺点，实现熔铸车间安全生产信息化，使最终用户将其设备运行到一个更高的水平上。达到智能、半智能化的生产过程和产品调配，各级用户可以凭借授权等级通过上位监控机了解、掌握和实际操作，达到生产的高度透明化、开放化，从而大大减少整个系统数据统计的工作量，降低车间操作人员和调度人员的劳动强度，实现管控一体化，生产工艺指标的控制更易实现，提高企业管理的水平，确保熔铸车间安全高效的生产。以分散控制、集中管理、综合监控的模式，实现熔铸车间管理自动化、合理化。连 铝 科 技 1、熔铸车间的工序概况连城分公司熔铸车间用电解铝液生产变形铝及铝合金扁铸锭和圆铸锭，设计规模为年产变形铝及铝合金铸锭25万吨，其中扁铸锭15万吨；圆铸锭10万吨。计划于2009年投产。系统采用的主要生产工艺设备有用于铝及铝合金熔炼的60T矩形燃气熔铝炉2台、用于60t矩形天然气熔铝炉内铝及铝合金熔体搅拌的电磁搅拌器1台；用于铝及铝合金熔体保温的60T倾动式燃气保温炉2台、用于铝及铝合金熔体的在线晶粒细化、精炼和过滤的炉外精炼设备1套、用于铸造铝及铝合金扁锭的60T扁锭铸造机1台；用于铝及铝合金熔炼的40T矩形燃气熔铝炉1台、用于40t矩形天然气熔铝炉内铝及铝合金熔体搅拌的电磁/永磁搅拌器1台、用于铝及铝合金熔体保温的40T倾动式燃气保温炉1台、用于铝及铝合金熔体的在线晶粒细化、精炼和过滤的炉外精炼设备1套、用于铸造铝及铝合金扁锭的40T扁锭铸造机1台；用于铝及铝合金熔炼的30T矩形燃气熔铝炉4台、用于30t矩形天然气熔铝炉内铝及铝合金熔体的搅拌电磁/永磁搅拌器2台、用于铝及铝合金熔体保温的30T倾动式燃气保温炉4台、用于铝及铝合金熔体的在线晶粒细化、精炼和过滤的炉外精炼设备2套、用于铸造铝及铝合金扁锭的30T圆锭铸造机2台；用于变形铝及铝合金扁铸锭的头、尾和试样锯切的扁锭锯切机1台；用于变形铝及铝合金圆铸锭锯切的圆锭锯切机；用于变形铝及铝合金圆铸锭均匀化处理的30吨周期式均热炉3台；用于变形铝及铝合金圆铸锭均匀化连续式均热炉1台等设备。2、管控一体化方案的必要性根据生产工艺流程的特点及设备的配置情况，熔铸车间自动化控制系统是由若干个子系统集合而成，各子系统的自动化系统主要完成电气自动化控制和仪表自动化控制，实现各工艺过程的监视、控制、调节以及对设备各个小子系统的监控、I/O信号（数字量、模拟量）实现和电气控制设备及一次仪表之间的数据传递。由于各成套设备是由不同的单位成套供货的，设计要求各成套设备的控制系统对熔铸车间自动化控制系统应是开放的，提供统一的通讯接口，但各子系统都是相对独立的，相互之间数据信息不能共享，形成 “信息孤岛”和“子系统孤岛”，铝行业作为一个信息密集行业，对信息的依赖程度越来越高，绝对不可能独立于信息浪潮之外。近年来，随着控制技术、计算机技术和网络技术的快速发展，测控技术、计算机控制和通信领域的结合应用已非常成熟，熔铸车间系统集成管理系统利用当今先进的数据库技术、计算机网络通讯技术和自动控制技术，覆盖整个熔铸车间的实时监测和控制系统，通过对各类设备的各工艺数据的实时采集、传输并利用现代计算机软硬件技术进行分析处理，在确保运行安全和设备安全的前提下，实现生产设备及生产原材料及成品的优化调度管理，最大程度的发挥生产线的社会效益和经济效益。3、管控一体化方案的实施 连城分公司熔铸车间系统集成控制可分为现场设备控制层，集中监控层，生产管理层，如下图所示：4.1设备控制层结构 设备控制层是以每一个工艺段控制系统为单位，如下图所示，以PLC为控制核心，通过DEVICENET或PROFIBUS工业现场总线组成远程分布式控制系统，控制本工艺段内的现场各种元器件如电机、光电开关、接近开关、电磁阀等。每一个工艺段控制系统配置N台计算机或人机界面作为操作员终端，以图形方式实时显示设备运转状况，对控制参数进行显示与设定，同时在上位监控系统授权的前提下实现设备本地操作。 为保证数据通讯的实时性与可靠性，每一个工艺段控制系统的PLC配置控制层冗余网络通讯，一块专用于计算机或人机界面触摸屏数据通讯。连 铝 科 技 4.2集中监控层结构集中监控层主要是由各工艺段PLC、冗余数据采集服务器、监控计算机、工程师站、冗余通讯网络等组成，如下图所示，通过冗余通讯进行数据通讯，一方面采集每一个工艺段设备运转数据和工艺参数变化数据，另一方面下达各工艺段控制参数和生产调度计划，各工艺段之间通过冗余通讯网络进行设备运转联锁，监控计算机在全面监控各工艺段设备及工艺参数变化的同时，统一操作各工艺段设备按生产调度计划和工艺要求运转。为保证数据通讯的实时性与可靠性，每一个工艺段控制系统采用冗余网络通讯，主网络链路进行数据通讯的同时，备用网络链路实时的处于热备状态，主网络链路出现故障时，备用网络链路自动投入数据通讯，同时发出网络链路报警信号。4.2.1集中监控层系统硬件配置两台工控机作为冗余数据采集服务器，通过冗余网络采集现场数据、下达工艺参数。七台监控计算机通过冗余数据采集服务器对各工艺段设备运转进行监控、调度管理。两台工程师站通过冗余数据采集服务器进行各工艺段控制系统编程及设备维护。网络打印机汇总输出各类报表及工艺曲线图。中央控制室操作台工位设计为12工位。操作台设置有相应的操作面板，在操作面板上可实现本地/远程钥匙开关选择，进行急停操作等功能。 4.2.2集中监控层系统软件配置集中监控软件选用WINCC监控软件Microsoft SQL Server 2000中文版数据库系统。服务器操作系统软件选用Windows 2000 server 中文版，监控计算机站选用Windows 2000 Professional中文版以保证操作系统平台的统一及易维护。集中监控层通过OPC，用以太网采集设备控制层的数据和状态信息，下达各种指令、设定各种参数。 4.2.3集中监控层系统功能A、显示功能 各监控机通过设备模拟图分别显示各生产段的生产运行状况，显示实时生产参数。主要显示画面和内容如下：封面：产品信息；全图：显示各个工艺段设备运行状态和主要工艺参数；设备模拟图：通过简洁、直观的设备外形模拟图反映主要单机设备电机状态，各检测元件状态，各执行器件状态，主要设备参数和工艺参数等；直方图：生产作业时间，如停机时间、故障时间、生产时间等的显示，控制回路中设定值与实际测量值的显示；趋势图：显示主要工艺参数的实时和历史变化趋势，如压力、流量、温度等，有助于工艺人员及时掌握工艺参数变化情况，稳定工艺，提高产品质量；故障报警：以主界面的颜色变化、弹出窗口和表格形式显示故障信息，包括故障发生时间、持续时间、发生位置、故障内容等；控制器：各个闭环控制量的直观显示及参数调节；工艺参数显示：显示主要工艺参数和控制参数。连 铝 科 技B、控制功能组合操作：实现全线各工艺段自动运行和停止，组合启动、停止；选择操作：、加料选择、PID手/自动等；单机设备控制：主要单机设备如搅拌器等需单独启动、停止等操作；C、数据采集功能采集熔铸车间生产工艺数据及设备参数、能源系统数据等、统一存贮，建立一个完善的数据信息库。D、管理功能l 集控线控管理：“本地/远程”控制的自由切换，不影响生产线的自动运行；l 系统管理：用户注册，注销，生产开始、结束等操作；l 安全权限管理：统一管理操作工、工艺员、电气工程师等相关人员的操作权限。l 配方管理：设计配方管理模块，进行配方管理，牌号改变，其工艺参数、生产参数、设备参数、工艺路线随之改变；l 工艺参数：通过手工或由配方管理直接下达的方式修改或设定生产工艺参数；l 生产数据：班次、产量、有效作业率等统计、查询。E、在线诊断功能l 网络（总线）故障诊断；l 电控器件故障诊断；l 生产设备故障诊断；l 生产质量事故原因诊断；l 以及在生产过程中，根据各工艺点的工艺指标完成情况分析产生的异常报警和提示等；F、数据输出功能l 生产数据报表打印l 实时趋势记录打印l 报警信号存储和报警打印l 重要参数报表定时打印l 生产记录的打印 4.2.4系统特点总体系统A.整个系统采用全开放分层分布式计算机网络体系结构，三层结构：现场设备控制层，集中监控层，生产管理层。B.网络平台采用以太网技术，以各计算机及PLC为节点，通过网络交换机把所有计算机连接起来，实现数据交换和资源共享。网络通信采用国际标准的TCP/IP标准通信协议，使网络具有互连性、可扩性、开放性和可靠性。C.中央控制级采用Windows 2000 Server操作系统平台。该系统可靠性高并具有实时多任务支持功能。 后台监控系统1）统一的操作系统平台采用Windows 2000操作系统平台，充分利用Windows平台诸多的性能特点：多任务、多线程机制，易学易用的统一图形界面、良好的网络支持特别是对TCP/IP协议的支持，具备强大的容错能力及系统安全性，同时提供拨号等方式的远程访问服务的支持。 2)基于客户机/服务器模式的系统结构根据用户对系统的稳定性、安全性以及数据的安全性和一致性的要求，系统在结构上采用客户机/服务器模式，在服务器端进行数据处理、存储，客户端着重人机界面部分。该结构具有以下优点：A.为企业减少或降低实现信息系统的费用；B.客户机/服务器可以综合多个系统，使资源更丰富； C.客户机 /服务器可以适应技术的变化；D.客户机/服务器非常容易使用，人机接口简单、直观，可以透明地访问信息系统。 3）性能卓越的数据库管理系统服务器端运行大型关系型数据库Microsoft SQL Server 2000，使系统能高效、安全、快速地处理大容量的数据，提供了基于SQL（结构化查询语言）标准的开放性数据访问接口，便于进行二次开发。并且具备如下特性：Internet 集成 SQL Server 2000 数据库引擎提供完整的 XML 支持。它还具有构成最大的 Web 站点的数据存储组件所需的可伸缩性、可用性和安全功能。SQL Server 2000 程序设计模型与 Windows DNA 构架集成，用以开发 Web 应用程序，并且 SQL Server 2000 支持 Query 和 Microsoft 搜索服务等功连 铝 科 技能，在 Web 应用程序中可包含用户友好的查询和强大的搜索功能。可伸缩性和可用性 同一个数据库引擎可以在不同的平台上使用，从运行 Microsoft Windows 98 的便携式电脑，到运行 Microsoft Windows 2000 数据中心版的大型多处理器服务器。SQL Server 2000 企业版支持联合服务器、索引视图和大型内存支持等功能，使其得以升级到所需的性能级别。企业级数据库功能SQL Server 2000 关系数据库引擎支持当今苛刻的数据处理环境所需的功能。数据库引擎充分保护数据完整性，同时将管理上千个并发修改数据库的用户的开销减到最小。SQL Server 2000 分布式查询可引用来自不同数据源的数据，就好像这些数据是 SQL Server 2000 数据库的一部分，同时分布式事务支持充分保护任何分布式数据更新的完整性。复制同样使您得以维护多个数据复本，同时确保单独的数据复本保持同步。可将一组数据复制到多个移动的脱接用户，使这些用户自主地工作，然后将他们所做的修改合并回服务器。易于安装、部署和使用SQL Server 2000 中包括一系列管理和开发工具，这些工具可改进在多个站点上安装、部署、管理和使用 SQL Server 的过程。SQL Server 2000 还支持基于标准的、与 Windows DNA 集成的程序设计模型，使 SQL Server 数据库和数据仓库的使用成为生成强大的可伸缩系统的无缝部分。这些功能使客户只需最少的安装和管理开销即可实现这些应用。数据仓库 SQL Server 2000 中包括析取和分析汇总数据以进行联机分析处理 (OLAP) 的工具。SQL Server 中还包括一些工具，可用来直观地设计数据库并通过 Query 来分析数据。4.3生产管理层结构生产管理层由中控室内的冗余数据库服务器、管理计算机、网络打印机