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★藺喜軍（酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司，甘肅嘉峪關735100）

關鍵詞：DLR網絡；選礦懸浮焙燒爐控制系統；工業以太環網；生產者/消費者

1 引言

近年來，隨著工業控制系統的高速發展，工業以太網技術在控制領域得到了廣泛應用。羅克韋爾ControlLogix系統^[1]DLR網絡的成熟，成功應用到了工業控制生產領域。酒鋼選礦懸浮磁化焙燒項目是攻克世界級難選鐵礦石高效利用難題的重點工程項目^[2]，酒鋼集團在提升生產自動化水平項目中，懸浮焙燒爐應用了羅克韋爾ControlLogix控制系統^[3]，通過運用EtherNet/IP^[4]工業標準網絡技術構建ControlLogix系統DLR網絡架構，使診斷更簡單、排錯更快捷，有效管理全廠的實時控制和信息。

ControlLogix系統DLR網絡是一種用于自動化設備互連的單故障容錯環網，這種拓撲結構在設備級實現，不需要額外的交換機，布線簡單，將傳統線型改成環型。DLR網絡采用環的節點管理環內數據的循環，當偵測網絡故障后，將網絡配置成總線結構；當偵測網絡恢復后，再次將網絡調整為環形結構。DLR網絡結構明晰，可靠性高，應用前景廣泛。

2 DLR環形網絡工作原理及優勢

Device Level Ring網絡簡稱DLR網絡^[5]，DLR網絡是羅克韋爾公司產品，是通過線性技術發展而來。在一個環型網絡中，如果沒有利用環網協議，數據包將永遠在環網中循環下去。為了解決這樣問題，DLR網絡順勢而生。DLR網絡的意義在于，選擇網絡環中的一個節點設置為管理者，來管理環內數據的循環。在DLR網絡正常操作下，網環的管理者阻止一個端口通訊數據，從兩個端口發送標志幀捕獲環網中斷，從沒有阻止的端口發送通告幀。當發生物理鏈路故障時，環網節點發送的環狀態信息被環網管理者接收，環網管理者開放原本堵塞的端口讓環網變成總線網絡；當線路故障恢復時，網絡偵測標志幀開始判斷解除阻止的端口，將網絡恢復成為環網模式。

DLR網絡的優勢在于擁有單故障容錯網絡的彈性機制，具有快速完成網絡故障檢測和重新配置功能，部署解決故障問題過程簡單，無其他硬件要求。

3 懸浮磁化焙燒^[6]工藝的DLR網絡控制系統

3.1 懸浮磁化焙燒工藝簡介

酒泉鋼鐵的懸浮磁化焙燒爐工藝，主要組成部分有給料系統、磁化焙燒系統、余熱回收系統、廢氣除塵系統、產品輸送系統以及供氣供水輔助系統，主要設備有料倉、電子定量給料機、螺旋給料機、閃速干燥器、預熱器、懸浮焙燒爐、分離器、還原爐、旋風除塵器及鎖氣裝置、懸浮床鍋爐、流化床鍋爐、鍋筒、高壓引風機、袋式除塵器、螺桿式壓縮機、燃燒站等。

酒泉鋼鐵的懸浮磁化焙燒爐工藝主要任務是將來自過濾工序的鐵礦粉，經過料倉貯存、電子定量給料機和螺旋給料機的計量后進入閃速干燥器。在閃速干燥器中，含附水約11%的鐵礦石濾餅與高溫煙氣順流流動，完成鐵礦餅的干燥、水分的蒸發。干物料和煙氣混合物從閃速干燥器出來后，進入預熱器PO1，實現物料預熱、氣與固分離，預熱后的物料卸入懸浮焙燒爐PO4，而煙氣進入廢氣除塵系統。在懸浮焙燒爐內，物料與混合煤氣燃燒形成的高溫燃燒產物充分混合，含結晶水的礦物、菱鐵礦、鐵白云石、白云石等礦物發生熱反應，簡單的鐵礦物發生氧化反應。經過懸浮焙燒后的物料與煙氣一起進入分離器進行氣固分離。分離下來的物料進入還原爐與還原氣發生反應，將鐵礦物中的氧化鐵還原成磁鐵礦。物料以磁鐵礦形式從溜槽進入下一個工序。在生產過程中，余熱回收系統、廢氣除塵系統、燃燒系統、給水系統、壓空供給系統的設備匹配主工藝生產能力運行。

3.2 DLR網絡控制系統

選礦廠懸浮磁化控制系統主要采用了羅克韋爾自動化Allen Bradley基于“生產者/消費者^[7]”的ControlLogix控制系統^[8]，針對焙燒爐工業控制生產設備需求提供了高可靠性、高性能的分布式控制解決方案，運用ControlLogix控制器的冗余系統、兩套1756-L73的CPU處理器模塊，一塊處理器模板作為主處理器，另外一塊模板作為從處理器。在處理器的冗余系統的切換過程中，由于對程序掃描周期的影響及減少系統切換的快速和可靠，沒有出現數據的突變和丟失，并且處理器內部無需執行繁雜的決策判斷程序，實現了系統的無擾切換，從而達到對懸浮焙燒爐設備的安全控制。

礦廠懸浮磁化控制系統由配備冗余處理器的本地柜和另外8面遠程柜組成，整個網絡架構采用EtherNet/IP網絡連接，控制系統采用1756-EN2TR通訊模塊，懸浮磁化焙燒爐控制系統整個網絡通過本地和多個遠程站構成ControlLogix系統DLR網絡。控制系統上位計算機操作站應用羅克韋爾自動化FactoryTalk(R)View Studio上位軟件；控制系統應用的下位軟件為Studio 5000；通訊軟件為RSlinx Classic，應用EtherNet/IP網絡實現控制系統PLC^[9]的上下位的通訊功能。如圖1所示。

圖1 選礦懸浮焙燒爐控制系統網絡架構拓撲圖

DLR網絡控制系統負責懸浮磁化焙燒爐工藝生產過程的工藝控制，其中包括給料量的計量和調控，燃燒室溫度、各管道壓力、進出口溫度的測量，對還原煤氣、加熱煤氣、加熱空氣的壓力與流量的測量，閥引風機、羅茨風機、余熱鍋爐等電氣設備起停的邏輯控制和保護功能及各設備電機運行狀態的檢測等工作。

3.3 系統配置

DLR網絡通過上位操作站組態后進行顯示，提供現場DLR網絡設備組態信息，協助判斷、監控及排查現場DLR網絡設備故障。DLR網絡組態信息通過FactoryTalk View[10]上位操作軟件與設備級環形連接，提供網絡集成和監控功能。根據功能設計軟件從Active Supervisor獲得的圖形信息來自動生成詳細的圖形化網絡布局。如圖2所示。

圖2 懸浮焙燒爐系統EtherNet/IP Device Level Ring網絡狀態圖

3.3.1 環網控制功能概述

ControlLogix系統采用了基于“生產者/消費者”的高性能、高可靠性、配置靈活的分布式控制通訊模式，通過自動化設備互連的單故障容錯環網ControlLogix系統DLR網絡，實現了運動、過程、離散三種不同控制類型的集成，因而，ControlLogix被廣泛地應用于各種控制系統。

ControlLogix系統DLR網絡強大的監控和故障診斷功能是一項先進的技術工具，通過控制系統的編程環境便可以完美地完成要求。羅克韋爾自動化環網控制系統的上下位檢測程序的調用及畫面編程調試，可實現PLC設備硬件環網的環網設備狀態信息遠程監控；控制系統通過對程序AOI指令的輪詢，對現場硬件設備的DLR節點的Active Supervisor地址計算主管接管節點，判斷網絡中控制連接的狀態，并定義節點圖標，將設備類型、節點編號和硬件IP地址以列表方式展示在上位操作站，一旦網絡故障信息發生變化，重新構建網絡信息，將故障鏈路及設備狀態信息在監控畫面中實時顯示，并對報警信息進行記錄及向用戶進行報警提示。

DLR網絡是基于EtherNet/IP DLR面板顯示，以太網/IP設備級別環（DLR）網絡診斷面板為用戶提供基本的DLR網絡狀態信息，以協助監控和排除DLR網絡故障。DLR面板是一個預先配置的屏幕，顯示在FactoryTalk View SE或FactoryTalk View ME中，與設備級環形AOI接口，以提供HMI功能和集成。主要實現以下四個方面信息：

（1）DLR網絡主頁顯示

DLR網絡主頁界面提供詳細的圖形化網絡^[11]布局，圖形是根據從Active Supervisor獲得的信息自動生成的，最多可顯示46個節點，這是CIP消息指令的限制；對于大于46個節點的網絡，面板將顯示錯誤消息，告知有關網絡大小限制。DLR狀態監測界面最多一次可以顯示24個節點，對于超過24個節點的部分，在左下角變為活動鏈接到第二頁。

DLR環網中一個一個節點為活躍的網絡管理器，總是位于屏幕的頂部位置，由黃色皇冠圖標與藍色背景識別，它右邊的鏈接表示到DLR端口1的連接，其它網絡節點按它們實際連接的順序顯示，每個節點將顯示以下信息：顯示圖標、IP地址、MAC地址、電纜連接狀態等內容。

（2）網絡和管理員信息頁面

該頁面可提供當前DLR環網具體的網絡參數和環網管理員詳細信息，其中包括網絡拓撲狀態、DLR節點數、當前活動的Supervisor的優先級、信標間隔、協議框架、環故障數等信息，通過狀態信息直觀地顯示現場設備狀態，便于工程技術人員第一時間掌握現場設備運行情況。

（3）DLR節點信息頁面

環網節點信息提供了每個網絡節點的詳細信息和當前狀態，每個環形節點顯示當前所選參與節點的詳細信息，同時啟用一個最高優先值的節點成為活動環管理節點，其他節點自動成為備份管理器，處理網絡上數據并傳輸到網絡上的任何一個節點，同時顯示設備狀態。當DLR網絡發生故障時，它們會重新自動配置并重新學習網絡拓撲結構。此外，環節點可以向Active Ring Supervisor報告故障位置。

（4）報警和故障顯示頁面

該界面顯示DLR網絡故障狀態和統計，提供了對發生故障的網絡的詳細描述，當設備網絡組件或線路出現故障時，顯示設備的故障定位信息和自最近一次故障以來在網絡上檢測到的故障次數，將設備的故障狀態映射到顯示頁面，并發出報警提示，檢查確認后，可對模塊單元故障計數器復位清零。

3.3.2 DLR網絡監控功能實現方式方法及要求

（1）控制系統軟件的兼容性和要求：RSLogix/Studio 5000 V17或更高版本，FTView Studio ME/SE 6.10或更高版本，屏幕設計的工作與HMI須具有較高的分辨率，此時將不需要調整面板提供的圖形屏幕的大小。

（2）控制系統的工作網絡中必須存在一個工作的DLR網絡，并且有一個可以訪問這個DLR網絡的Logix控制器。

（3）使用羅克韋爾自動化“DLR faceplate V3.00”文件，導入和配置RSLogix/Studio 5000 Run下位程序；然后導入和配置FTView Studio上位運行程序，并進行編程調試。

（4）DLR面板附加指令（AOI）將使用MSG指令自動從網絡收集所有需要的數據。

3.3.3 ControlLogix系統DLR工業以太環網^[12~13]應用特點

懸浮磁化焙燒綜合自動化工業以太環網的建成，實現了控制系統的集中、高速傳輸及對設備運行、生產調度、安全監測監控等實時遠程監控和數據自動采集，提高了對各類問題的準確判斷及應急處理能力。

（1）通過嚴格的工業級安規標準，具有安全可靠、結構簡單、維護方便、擴展性強等技術特點，通過先進的網絡狀態管理和安全管理，為遠程監控提供了網絡基礎，實現懸浮磁化焙燒系統的遠程自動化控制，大幅提高生產能力和安全管理水平。

（2）強大、快速的網絡故障自愈能力、網絡保護能力。DLR以太環網利用斷路警告、環網狀態監測、環網狀態恢復三種機制來對其進行維護，其中任何一個節點故障，環網保護功能均能實時快速響應將數據切換到備用鏈路，保障網絡正常運行。

（3）ControlLogix系統DLR以太環網的網絡狀態監測功能完美地解決了傳統環網中單點網絡故障難以發現，只有在出現兩處以上時才能反映出網絡問題的缺點，通過對工業以太環網設備進行實時掃描監控，實現出現故障實時報警，提醒技術人員及時處理，避免影響懸浮磁化焙燒安全生產。

3.3.4 DLR網絡所屬控制系統設備維護與故障處理應急處置措施

ControlLogix系統DLR工業以太環網強大的功能之一突出表現在網絡檢測及報警處理方面，當DLR工業以太環網出現故障時將面臨著遠程控制柜以太網通訊中斷，遠程PLC柜故障丟等問題，當DLR出現單點或多點網絡故障時，為了確保控制系統設備第一時間得到快速響應處理設備問題，特制定以下應急處置措施：

（1）當設備出現單點故障時，在主控室上位操作站DLR網絡主頁將顯示網絡上檢測到的故障次數，將設備的故障狀態映射到顯示頁面，并發出報警提示，維護人員第一時間需控制措施解決故障。

（2）當控制系統出現多點設備故障時，維護人員在上位操作站根據DLR網絡主頁顯示信息可快速判斷設備故障位置，確認現場PLC柜設備狀態，處理DLR網絡信息所對應的現場遠程PLC網絡設備，精準快速地排查處理問題。

（3）技術人員定期在DLR網絡主頁界面或下位程序檢查網絡的狀態信息，關注網絡模塊配置中網絡檢測到環故障的次數統計，做到重點環節重點監護。

（4）在現場硬件故障排除解決后，及時清除網絡組態結構中故障信息和復位計數器，便于對網絡狀態的新一輪信息采集，如圖3所示。

圖3 懸浮焙燒爐系統Studio 5000下位軟件網絡狀態信息圖

（5）通過對網絡設備定期檢查與維護、網絡服務功能的定期診斷等及時排查設備可能存在的隱患，從而降低設備發生故障的概率，確保設備正常運行，同時針對日常排查的問題不斷進行改善，從而提高設備本質安全和利用率。

4 結束語

ControlLogix系統DLR網絡控制技術在懸浮磁化焙燒系統的應用，有效地推進了懸浮焙燒生產過程自動化控制的高產高效穩定運行，提高了企業核心競爭力，對于提高懸浮磁化焙燒的生產效率、安全水平、生產業務管理具有重要的作用。懸浮磁化焙燒ControlLogix系統DLR網絡、工業以太環網、工業視頻監控系統的可靠運行是不可或缺的，開創了高水平自動化大規模工業應用的先河，為酒鋼成功攻克世界級難選鐵礦石高效利用難題貢獻了應有的價值。

作者簡介：

藺喜軍 （1981-），男，甘肅嘉峪關人，工程師，碩士，現就職于酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司，從事工業自動化控制工作。

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摘自《自動化博覽》2022年7月刊