挑战
解决方案
成果
背景
在汽车和信息家电等产品轻量化的发展趋势下，质坚量轻的铝镁合金作为轻金属材料的“宠儿”愈发得到市场的亲睐。为了减少了各中间环节造成的低效率、高成本因素，建设“煤—电—铝—材”一体化产业基地成为了大型有色金属企业提高竞争力的优选模式。
秉承循环经济的理念，某有色新材料集团投资200亿元规划建设了“煤—电—铝镁合金”一体化生产基地，包括60万吨铝镁合金、800万吨煤矿、年产35万吨预焙阳极和5×330MW 配套电力设施等项目。
其中，年产35万吨预焙阳极铝电解生产是一体化基地“承上启下”的重要一环。电解分公司主要工艺段及多功能天车均采用罗克韦尔自动化的SLC控制系统及触摸屏。由于SLC系列产品已经推出了23年，部分产品和元器件正在被更新的产品所替代，电解分公司多功能天车 SLC系统的1747-ASB通讯模块和2711-T10C8已无法采购到备件。该公司希望寻找到合适的产品在最短的时间内完成天车控制系统的升级改造，并通过本次改造将生产的安全性、稳定性和生产效率提升到一个新水平。
挑战
由于铝电解车间环境复杂，多功能天车需要在高熔盐、大电流、强磁场、多粉尘和多烟气的环境中工作。改造前，现场的SLC系统通过Remote I/O网络协议与I/O分站及就地触摸屏（PVP）进行通信，所使用Remote I/O仅支持单通道，通信速度较慢，线缆硬度较高，生产中线缆易断，存在安全隐患且不便于维护。企业希望升级后的控制系统和通信网络能够更加稳定可靠，在强磁场的环境中仍能保持畅通、快速的通信和控制操作，避免意外故障。
此外，由于电解车间生产对天车设备的依赖程度达90%以上，多功能天车的实际运行率直接影响着电解车间能否正常生产。企业希望能够尽快完成24台多功能天车的升级改造工作，要求全部工作在2周时间内完成，且升级过程中不能停产。
解决方案
方案采用最新的CompactLogix 5370控制器和2711 PVP6系列触摸屏对原有SLC 产品和2711-T10C8 触摸屏进行升级，并创新性地将EtherNet/IP工业以太网作为通信网络引入多功能天车的控制通信。
CompactLogix是基于SLC 500之上的设备级控制系统，旨在为大、中型工厂自动化控制系统应用提供集成化的Logix解决方案。使用CompactLogix系统可以实现不同位置的分布式控制系统应用。一个简单的系统可以由具有一个I/O模块组以及DeviceNet通信的独立控制器组成。在更杂的系统中，可以增加其他网络、运动控制和安全控制功能。作为集成架构系统的一部分，CompactLogix控制器与所有Logix 控制器使用相同的编程软件、网络协议和信息功能，为实现所有控制策略提供一个通用的开发环境。
在网络架构方面，改造前现场主站通过Remote I/O网络协议与I/O分站及就地触摸屏（PVP）进行通信，通信速度较慢，且易发生信号中断。为满足更安全、高效的升级改造目标，降低维护成本，改造团队将现场的Remote I/O网络升级为EtherNet/IP™工业以太网。
EtherNet/IP是一种开放式的工业以太网网络，可以通过部署设备级环网（DLR）实现单故障容错环网网络，即在环形网络上有单一故障点的情况下，网络仍能正常通信。DLR环网无需使用其他交换机即可进行自动化设备的互联，并且具有介质冗余、快速网络故障检测和快速恢复网络的能力。当出现网络断点时，DLR可以在2~3ms内恢复网络，由于现场设备的RPI时间一般为10~100ms，因此DLR环网出现单一断电时可以保证网络的正常运行，进而保证控制设备的正常运行。
在硬件升级过程中，利用IAB 工具，可直接将 SLC 产品所对应的CompactLogix 5370硬件替换出来，并且生成 BOM 清单，该 BOM 清单符合罗克韦尔自动化规范要求，安全可靠。
由于原系统采用的RSLogix 500 编程软件已经不兼容新的Logix 平台，需要同时对软件进行升级。方案采用嵌入式RSLogix 5000 代码转换工具，将现有的RSLogix 500程序转换为 RSLogix 5000 代码，这是升级的核心工作。
由于现场原有的2711-T10C8 触摸屏已无法采购到备件，所以在本次改造中全部升级替换为最新的2711 PVP6系列触摸屏。触摸屏通过EtherNet/IP网络与CompactLogix 5370进行通信。2711 PVP6系列触摸屏采用Windows CE 6.0 操作系统，配备VIA 1.0 GHz高速处理器和高速 USB 2.0 端口。该系列触摸屏拥有丰富的软件功能，包括FactoryTalk® ViewPoint、面板（Faceplate）、FTP、VNC、Symbol Factory图库、PDF查看和SMTP等。支持最新的基于WinCE6.0的逻辑模块和基于罗克韦尔自动化的ActiveX 控件的扩展，扩展了操作系统和平台的支持。
效果
业主对设备投产后的表现非常满意，CompactLogix很好地满足了现场的工艺要求和环境需要，大大提高了多功能天车运行的可靠性和安全性。通过应用EtherNet/IP工业以太网环网（DLR）结构与I/O站和PVP6触摸屏进行通信，并使用超六类带屏蔽层柔性电缆，之前令业主头痛的通信中断和“飞车”现象不再出现。
本次改造是EtherNet /IP工业以太网在铝电解多功能天车中的首次应用，EtherNet /IP在信号干扰极大的强磁环境中表现出色。网络升级后，数据监控及操作间设备按钮操作响应速度更快，从而避免了由于通信延迟而导致的安全隐患，有力提升了电解车间的生产运行效率，同时大大减少了后续维护的工作量。
经历了过去十余年的快速产能扩张，电解铝产业中大量的多功能天车都已服役多年，需要升级改造。CompactLogix控制平台结合EtherNet/IP工业以太网的升级改造方案为多功能天车的智能升级提供了新选择。面对电解车间高粉尘、高温度及强磁场的恶劣环境，EtherNet/IP网络在通信的稳定性和通信速度方面均表现出色。目前，该改造方案已经得到越来越广泛的认可并在多个项目中陆续实施。未来，罗克韦尔自动化期待更多的铝电解企业实现多功能天车的智能升级，打造绿色、安全和智能化的有色金属生产基地。
发布时间 2019年4月26日
