“透明工厂”是建立在新的信息技术和通讯技术基础上的,这些技术包括OPC开放、软件标准和Web技术等。”透明工厂”概念主要包含三方面的内容:基于TCP/IP 的通讯、Web模式的网络应用和面向对象的编程。透明工厂的核心是Ethernet和TCP/IP。
三十年前,可编程控制器的出现为工业自动化提供了革命性的动力。随后,分散控制的趋势加强了各系统部件之间的通讯需求,从而带来了工业网络的迅速发展。由于工业局域网系统是专有而封闭的,同时工业网络和信息网络存在协议上的鸿沟,工业领域中信息孤岛的状况并没有得到根本的改善。
武钢烧结厂改造的需求
武钢烧结厂一烧车间于1959年8月建成投产,三烧车间始建1973年, 生产工艺落后,自动控制水平低,烧结矿质量难与武钢先进高炉相匹配。
武钢一烧大修改造工程是利用原有4台烧结机而进行的改造工程,改造后4台烧结机能够协同工作,1个原料准备系统对应2个配料混合系统,每个配料混合系统对应2个烧冷系统,4个烧冷系统对应1个整粒成品系统。
解决方案
现在,施耐德电气指明了工业自动化创新的道路:透明工厂。施耐德电气率先将符合IEEE 802.3 规定的以太网应用于工业自动化,并且推出了工业以太网的标准:TCP/IP Modbus。Modbus 使用应用层的502端口,这是经过国际公认的。
将Web应用带入工厂自动化是施耐德电气的另外一项创新。在传统的专有工业分层次网络中,数据的共享是相当困难的,并且多层次的数据传输和多点数据存储增加了故障的可能性。施耐德电气在自动化平台上内置Web服务器,从而使控制数据易于被不同的操作系统得到,也可以通过公共网络来访问工业现场的数据。这种基于Web的体系结构使工业数据更加同步,网络集成难度降低;同时,也可以更好地控制网络的数据流量。施耐德电气面向对象的软件开发工具很好地封装代码,能快速、高效地开发、调试、维护、扩展控制系统软件。
施耐德电气透明工厂的技术是完全开放的,它可以在所有的自动化环境下与MES和ERP无缝地联接。施耐德电气目前能提供的有关透明工厂的产品有:嵌入式的Web服务器、TCP/IP 通讯的网络部件和以太网IO。
以一烧车间为例,整个控制系统分成三层网络:
二级过程级 采用100M以太网,配置2台服务器、4台工程师站、2台模型操作站和1台调度室操作站(调度室至二级机房300M)及打印机、磁带机等,主要完成过程优化控制模型的建立与计算、软件编程及调试、生产管理、报表打印等功能。
一级基础自动化级 采用工业以太网,其中有7台操作站和7台控制站,主要完成过程数据的采集、处理、生产过程的操作和监视、控制与报警。
零级现场级(设备网) 采用MB+网和S908远程控制网。其中4条远程控制网连到4个远程控制站(配料I、II远程站和整粒远程站,原料远程站);3个MB+网与现场的21台变频器和90台电机保护器相联,完成现场电机的调速、多项保护和监控。其中,一级基础自动化采用的冗余工业以太网和过程级的以太网完全兼容。
通过嵌入在模板内的Web服务器,维护人员可以在办公室远程访问控制器的实时状态,提高系统维护的效率。所有的MCC(马达控制中心)通过网络连接在一起,提高了智能化程度和可靠性。
除了通过OPC等方式外,透明工厂提供了一种更简单和高效的与上层管理信息系统连接的方法,就是通过开放的Modbus/TCP IP协议直接访问控制器。
使用效果和结论
改造后的武钢烧结厂由于将老式点火炉改造为双斜式烧结新型节能式点火炉,采用了国际先进的小球烧结新工艺,可使烧结矿每吨生产成本降低44元,烧结矿实物质量提高7%;使用国际领先的烧结模糊控制技术,生产全程自动化,每吨节约成本28元,年创效益达4100万元。
在目前制造业充分关注实时信息运用的背景下,由于采用了开放的透明工厂技术,武钢烧结厂为未来信息的进一步集成打下了良好的基础。