摘要：本文所設計的系統采用了自動化行業創新和的技術，在本項目設計中，采用羅克韋爾自動化公司全以太網的全廠*化解決方案，為用戶提供從控制器、網絡、監控軟件到報表及Web發布系統的整體解決方案。實現了工廠的高度自動化和信息化，現已成功實施并運行。具有廣闊的應用前景。

        一、概述
　　
　　中國是個能源資源相對貧乏的國家。人均石油、天然氣、煤炭資源的可采儲量分別為世界平均水平的3%、4.3%、55.4%。相對而言，中國的煤炭資源zui為豐富。隨著國家對燃料煤的節能和減排的重視，清潔燃煤技術在國內得到了飛速的發展。
　　
　　在國內某煤制氣系統設計中,被控對象較為分散。模擬量在總的控制對象中占的比例大致為25%。同時，對于被控對象還要求能在中央控制室能夠實現集中監控。自動化混合控制器PlantPAx繼承了傳統DCS和傳統PLC的優點，不但擅長于數字量的控制，其模擬量及回路調節控制能力已經優于傳統DCS。而近年來工業以太網技術逐漸成熟并得到了廣泛應用。在煤制氣系統的集中監控系統的設計中，采用PlantPAx混合控制系統和工業以太網是一種合理的選擇。對于全廠分布控制器的集中監控，多家自動化廠商均推出了服務器客戶端模式（C/S）的監控軟件。在本項目設計中，采用羅克韋爾自動化公司全以太網的全廠*化解決方案，為用戶提供從控制器、網絡、監控軟件到報表及Web發布系統的整體解決方案。
　　
　　二、設計方案
　　
　　在該煤制氣系統中，主要按工藝和位置分為以下幾個子系統：煤倉、煤氣發生爐、加壓、鍋爐、脫硫和空分。每套子系統從邏輯上相互獨立，受不同的人員管理，同時又具有一些連鎖保護的邏輯。另外比較特別的要求是，空分系統由于對可靠性要求較高，關鍵回路需要采用冗余的現場I/O。
　　
　　2.1網絡架構
　　
　　在工廠控制及信息化網絡架構的設計中，羅克韋爾與思科聯合提出了融合的以太網方案。即在I/O控制層與數據信息層均采用以太網的設計。并通過對以太網絡的管理滿足工業用戶對網絡負荷規劃及安全等方面的要求。在本方案的網絡架構設計中，參照羅克韋爾與思科聯合發布的融合以太網架構設計白皮書。系統網絡分為三個層級：現場I/O層，控制信息層和管理信息層。　　　　現場I/O層：現場I/O層對于網絡的實時性、可靠性有較高的要求。不允許出現由于I/O網絡數據包延時而造成的控制錯誤。另外，I/O層的網絡如果采用以太網架構，當冗余控制器發生IP地址切換時，不允許出現I/O通訊的中斷。以上兩點一直是過去多年以太網被應用到現場I/O層的zui大技術困難。EtherNet/IP的設備級以太環網技術（DeviceLevelRing，簡稱DLR）很好的解決了上述問題。其具有高實時性及可靠性的優點。當網絡某一節點中斷，環網的恢復時間可以控制在3ms以內。而本系統選用的Controllogix系列DLR網絡適配器采用了嵌入式交換技術，無需使用交換機即可搭建一個I/O環網。這可以有效的減少施工時間，降低運行維護的難度，普通電氣工程師無需IT知識即可對該網絡進行維護和診斷。在空分系統中使用的1715系列冗余I/O也支持這一網絡。
　　
　　控制信息層：控制信息層主要用于操作員站、工程師站、數據庫等與控制器進行數據交換。實現人機交互及生產信息化的功能。這一層網絡對實時性的要求不及I/O層嚴格。但是對網絡帶寬以及網絡數據流的控制具有較高的要求。在本項目這一層級的網絡的設計中，中控室選用兩套Stratix8300系列三層管理型工業以太網交換機，與每個子系統現場的Stratix8000系列二層管理型工業以太網交換機一起構成一個冗余星型網絡。Stratix系列管理型交換機具有VLAN,IGMPSnooping等功能，可以有效的進行邏輯劃分和合理利用帶寬。
　　
　　管理信息層：管理信息層網絡主要是實現與工廠的辦公網絡連接。在本項目中，通過Cisico防火墻進行二層和三層網絡的隔離。其中Web發布服務器由于需要獲取生產過程數據庫的數據，又要發布報表供辦公網用戶使用，故需將其置于防火墻的DMZ區。
　　
　　2.2硬件設計
　　
　　在本系統的硬件選型上，選用了羅克韋爾集成架構的核心控制器ControllogixPAC控制平臺。使用該控制平臺，可以根據需要任意搭建CPU、網絡、I/O冗余或非冗余的系統。該平臺*標簽編程、自動內存分配、上位機可以直連的內置標簽數據庫等特點。
　　
　　另外，本系統的空分子系統需要I/O冗余的功能。在選型上，采用了羅克韋爾發布的1715系列分布式雙通道冗余I/O。該系列I/O是從硬件上真正意義上的雙通道冗余I/O，當一通道故障時，另一通道還可保證系統的正常工作。可以避免由此帶來的停機或災難性故障。另外，該I/O的組態也非常簡單。在組態時，成對的冗余I/O無需任何的編程，在程序中*可以按照單通道模塊的編程方式進行配置。
　　
　　2.3軟件設計
　　
　　本系統選用FactoryTalk系列軟件套件。由于系統有多達7個操作員站。所以選用FactoryTalkViewSE服務器/客戶端模式的監控軟件。這樣可以有效的減少直接訪問PAC的工作站的數量，降低PAC負荷，提高通訊效率。同時選用FactoryTalkHistorian實時數據庫軟件記錄生產過程數據，并使用VantagePoint和ViewPoint軟件實現操作畫面和報表的Web發布。方便用戶從辦公網及時獲取生產數據。如前面網絡架構所述，Web服務器被放置在防火墻的DMZ區。同時設工程師站一臺，安裝PAC及軟件配置相應的套件。FactoryTalk系列軟件套件采用了SOA架構。比如，ViewSE與數據庫軟件Historian共享LiveData服務，都從實時數據服務器中獲取實時數據。這樣的架構也有效的提升了運行效率，節約系統資源。
　　
　　2.4系統優點
　　
　　本系統在設計上全面采用了羅克韋爾自動化的PlantPAx軟硬件套件。分層化的全以太網設計，有效的進行了系統負荷分配，同時使系統具有高度的數據共享能力。由于選用的控制器、交換機和監控軟件是同一廠家的產品，可以利用廠家提供的預置模板控制工程網版權所有，直接查看交換機的端口狀態、負荷等信息，幫助維護人員直觀有效的診斷網絡運行狀況。擺脫傳統以太網對電氣維護人員不可見或高不可攀的弊病。同時系統采用的*的控制器和I/O硬件具有高度的可靠性，編程方便，易于維護。
　　
　　在選用的高性能的硬件和搭建合理網絡的基礎上，選用了組態、實時數據庫、Web報表等軟件套件，提高工廠的信息化程度。真正實現信息化工廠。
　　
　　三、小結
　　
　　本文所設計的系統采用了自動化行業創新和的技術，實現了工廠的高度自動化和信息化，現已成功實施并運行。具有廣闊的應用前景。