GE Fanuc PACSsystems RX3i在槽控機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用
一、前言概述
鋁電解模糊控制系統(tǒng)是在大量長(zhǎng)期工業(yè)實(shí)踐應(yīng)用基礎(chǔ)上，結(jié)合控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，吸收國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)技術(shù)，總結(jié)生產(chǎn)、應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)，研制成功的新型鋁電解模糊控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分布式控制方式。主機(jī)（上位機(jī)）采用工控機(jī)，應(yīng)用軟件在NT系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)的語(yǔ)音報(bào)警、報(bào)表管理、系統(tǒng)監(jiān)控等軟件程序，能實(shí)時(shí)顯示電解槽工作電壓，電解系列電流，槽電阻等曲線(xiàn)，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)班報(bào)、日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、效應(yīng)等，并可隨時(shí)打??；自動(dòng)語(yǔ)音廣播電解槽效應(yīng)，電壓異常等工作狀況，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)。鋁電解模糊控制機(jī)（下位機(jī)即槽控機(jī)），以RX3i 作為微控制器，實(shí)時(shí)采集槽電壓，電解系列電流，輸出各種控制動(dòng)作；實(shí)時(shí)顯示電解槽各種狀態(tài)，槽控機(jī)控制狀態(tài)，具有顯示信息量大、清晰、易操作等優(yōu)點(diǎn)。槽控機(jī)在主控制部分，設(shè)置光電隔保護(hù)，有效防止外界信號(hào)對(duì)控制核心的影響，提高工作可靠性。槽控機(jī)設(shè)計(jì)硬件電路簡(jiǎn)潔，維護(hù)更加容易。槽控機(jī)的工作狀態(tài)，可由主機(jī)授權(quán)，有利于電解生產(chǎn)的操作管理。鋁電解模糊控制系統(tǒng)具有在線(xiàn)故障自檢功能，運(yùn)行中出現(xiàn)的故障在上位機(jī)、槽控機(jī)均能提醒，顯示，使維護(hù)人員能盡快檢測(cè)故障，迅速維修。
二、硬件系統(tǒng)組成
該控制系統(tǒng)采用DDC（直接數(shù)字控制）、SCC（過(guò)程監(jiān)控）兩級(jí)分布式控制方案，原理圖見(jiàn)圖1。
每臺(tái)槽控箱控制1 臺(tái)電解槽，同時(shí)每臺(tái)槽控箱都有獨(dú)立的PLC 作為主控制器，負(fù)責(zé)對(duì)系列電流、槽電壓和各種開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)的采集，數(shù)據(jù)解析，模糊推理，判斷槽中氧化鋁濃度，并通過(guò)調(diào)節(jié)下料時(shí)間間隔以及極距，達(dá)到電解槽內(nèi)物料平衡和熱量平衡。
過(guò)程監(jiān)控級(jí)通過(guò)RS-422通信總線(xiàn)與槽控箱中的PLC通信，從中獲取相關(guān)信息，通過(guò)對(duì)信息的加工、處理，實(shí)現(xiàn)槽況診斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DDC 級(jí)的參數(shù)修改、優(yōu)化，同時(shí)也為人工操作和維護(hù)決策提供可靠的依據(jù)。
多區(qū)域的SCC 均可連接起來(lái)，構(gòu)成一局域網(wǎng)，在原有二級(jí)基礎(chǔ)上擴(kuò)展一級(jí)MIS（管理信息系統(tǒng)）級(jí)，并實(shí)現(xiàn)與全廠(chǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)，便于領(lǐng)導(dǎo)決策[2][3]。
槽控機(jī)工作原理
槽控機(jī)分為邏輯部分和低壓電器部分上下箱體，該機(jī)CPU采用GE Fanuc RX3i，通訊板采用CAN 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊總線(xiàn)智能通訊板，每臺(tái)槽控機(jī)通過(guò)低壓電器部分的輸出驅(qū)動(dòng)電解槽上的電磁閥、電機(jī)、效應(yīng)燈、效應(yīng)鈴?fù)瓿上鄳?yīng)控制動(dòng)作，電解槽與PLC 之間連接圖如圖2。
槽控機(jī)控制軟件用Turbo C2.0 語(yǔ)言
開(kāi)發(fā)，代碼分離、實(shí)時(shí)多任務(wù)運(yùn)行方式，運(yùn)行速度快、響應(yīng)即時(shí)，同時(shí)具有數(shù)據(jù)掉電保護(hù)和“看門(mén)狗”功能。
• 數(shù)據(jù)采集
• 自動(dòng)打殼下料控制主要完成定時(shí)加料過(guò)程（打殼—— 下料——沖料/反吹）。
• 槽電阻波動(dòng)控制
• 氧化鋁濃度模糊控制
• 陽(yáng)極效應(yīng)預(yù)報(bào)和效應(yīng)控制
• 陽(yáng)極效應(yīng)報(bào)警和熄滅陽(yáng)極效應(yīng)一旦發(fā)生，槽控機(jī)即發(fā)聲光報(bào)警，并進(jìn)人熄
滅陽(yáng)極效應(yīng)的過(guò)程。
• 出鋁控制過(guò)程
組態(tài)軟件Moni tor and Cont rol Generated System（M0GS）是一套基于Windows 平臺(tái)，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。它提供了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)表輸出等解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開(kāi)發(fā)平臺(tái)。
利用PLC 和組態(tài)軟件這兩種技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，能跟蹤當(dāng)代技術(shù)發(fā)展的潮流，應(yīng)用目前先進(jìn)的微電子技術(shù)，能使電力供電的每一項(xiàng)典型裝置，在新的技術(shù)支持下得以實(shí)現(xiàn)。并為電力系統(tǒng)其他裝置的更新?lián)Q代，創(chuàng)造出新的領(lǐng)域。MCGS 是一項(xiàng)新的技術(shù)手段。普通工程人員經(jīng)過(guò)短時(shí)間的培訓(xùn)就能正確掌握，快速完成所需的工程項(xiàng)目。使其能集中精力解決工程本身的問(wèn)題，而不需要太多了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜的軟、硬件問(wèn)題，降低了開(kāi)發(fā)難度。
1. 工作界面設(shè)計(jì)
組態(tài)（Configuration）的意思就是模塊任意組合，其界面由電氣運(yùn)行主接線(xiàn)圖、報(bào)表數(shù)據(jù)、運(yùn)行曲線(xiàn)、報(bào)警系統(tǒng)、安全機(jī)制5 大部分組成。
• 電氣運(yùn)行主接線(xiàn)圖：將各電氣設(shè)備按主接線(xiàn)方式通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式仿真模擬出來(lái)，其中包括了時(shí)實(shí)的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率電氣量的顯示。
• 數(shù)據(jù)報(bào)表：數(shù)據(jù)是系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的體現(xiàn)，通過(guò)組態(tài)軟件作出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，給運(yùn)行人員提供分析和提示系統(tǒng)運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)。
• 運(yùn)行曲線(xiàn)：根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的情況，通過(guò)組態(tài)軟件作出實(shí)時(shí)運(yùn)行曲線(xiàn)和歷史運(yùn)行曲線(xiàn)。讓運(yùn)行人員清晰地看到系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)展趨勢(shì)。
• 運(yùn)行操作界面還設(shè)置了保護(hù)報(bào)警系統(tǒng)，一旦運(yùn)行系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出顯示信號(hào)和音響信號(hào)。
• 安全機(jī)制：通過(guò)組態(tài)軟件作出的安全機(jī)制控制了各種級(jí)別人員操作權(quán)、控制權(quán)和訪(fǎng)問(wèn)權(quán)。
2. 組態(tài)與PLC通訊
組態(tài)軟件提供了大量的工控領(lǐng)域常用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口，首先進(jìn)入設(shè)備窗口，設(shè)定串口通訊父設(shè)備，再選定PLC 種類(lèi)。調(diào)出設(shè)備屬性窗口，設(shè)置PLC與監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)實(shí)數(shù)據(jù)連接通道。就可使界面與PLC 設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。不需要了解計(jì)算機(jī)和I /O 設(shè)備的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，編寫(xiě)單獨(dú)的接口程序，因此降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。
基于PLC 的槽控機(jī)設(shè)計(jì)極大地提高了鋁電解自動(dòng)控制的水平， 尤其是GE Fanuc 的RX3i 在槽控機(jī)中的使用，因其CPU 運(yùn)行速度快，存儲(chǔ)容量大的特點(diǎn)，根據(jù)效應(yīng)的自動(dòng)決策和管理，減少了因人工干預(yù)帶來(lái)的盲目性，提高了控制精度和準(zhǔn)確性。
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