网络化熔炼与浇注系统及技术应用

□ 应达工业（上海）有限公司 叶刚，陈允中，丰裕文

叶刚 自动控制工程师

随着物流网的盛行，以及工业4.0的推进，通过网络化的方式对设备进行实时监测成为一种趋势。各行业自动化程序的高度集成，网络化的不断普及，MES（生产信息管理化）系统的日趋完善，因此几乎大多数企业都有了对工厂内设备的工作状况实时监测的需求，管理人员希望能够及时了解设备运行状况并能够对设备的历史运行数据进行分析。铸造行业由于环境恶劣，属于高压高频的环境，所以网络化发展相对较慢，因此熔炼浇注设备的通信、数据采集以及数据分析日益成为该行业迫切需要解决的问题。

一、网络化熔炼系统

1. 系统的构成

网络化熔炼管理系统由PLC、远程IO站、带网络接口的铁液测温装置、大屏显示器、远程控制面板、电炉熔炼控制板以及配套的网络设备构成。

该系统主体部分是PLC，其作为整个熔炼管理系统的核心，负责与系统内其他设备的通信，以及整个管理系统的数据管理和计算等功能，PLC与其他设备信息交换，将收集到的信息在管理系统显示，并根据实际生产状况进行记录和报警，同时将根据收集到的信息以及客户的需求进行熔炼管理系统的控制，达到电炉熔炼的自动化；远程IO站负责采集电炉重量信息、电炉位置信息、冷却系统的水路温度信息甚至流量信息等，通过网络传输到PLC，并可以输出电炉故障的蜂鸣报警，提醒操作人员；铁液测温装置配有以太网接口，将检测到的铁液温度传输到PLC，对系统中的模型铁液温度进行修正；大屏显示装置也配有以太网模块，实时显示熔炼功率，炉体重量以及铁液温度；电炉熔炼管理板也同样配置了以太网模块，与PLC进行数据交互，达到对电炉熔炼过程控制的目的。另外，该熔炼管理系统预留了与客户通信的专用交换机，可以与客户的MES系统进行数据交互，达到整个生产线甚至全厂系统的统一管理。

（1）PLC 在早期的熔炼管理系统中，没有采用带有以太网的PLC，而网络化的熔炼管理系统采用了带有以太网接口的PLC（Allen-Bradley CompactLogix PLC ），如图1所示。包括：①1769-L45 PLC。②ENBT 以太网IP通信模块，用于与以太网IP使能的设备通信，例如HMI、远程I/O站以及大屏显示等。③EWEB以太网IP通信模块，用于没有以太网IP的用户协议的通信设备。

（2）远程I/O站 远程站的配置如图2所示。①1734-AENT用于I/O站的扩展。②两块2通道的模拟量输入模块包括冷却水温、外部需求控制、称重等变量。③一块2通道的温度输入模块烧结温度测量。④一块8输入的数字量模块电炉的位置开关信号。⑤两块4输出的数字量模块电炉的报警输出，以及水系统循环监测信号。

（3）铁液测温装置及大屏显示 网络化熔炼管理系统采用贺利氏DTE3测温仪表的钢液测温设备，带有以太网接口，与PLC直接进行网络通信，如图3所示。

大屏显示设备内也有一块Allen-Bradley的通信模块1761-NET-ENI，直接与1769-L45 PLC进行通信，并进行数据传输。大屏显示如图4所示。

（4）安全的数据分享 网络化熔炼管理系统提供了大量的与电炉相关的过程数据供用户共享。用户可以通过两种方式来获取数据。

SQL数据库：用户可以通过工业以太网连接到熔炼管理系统的网络，直接访问SQL数据库。通过数据库本身也可以随时查询数据。通过SQL数据库大幅拓展了数据共享范围，并且也更加方便快捷，减低了通信设计成本。

Allen-Bradley L45 PLC：也允许用户直接读取PLC内的数据，可以通过用户需求，把数据做成规定的格式，客户按照协议读取。

随着网络化的广泛推进，网络安全也面临更大的挑战，因此在网络化越来越发达的今天，网络安全问题也应该得到高度的重视。为了保证网络的安全性，在用户与应达设备交互过程中增加了一个工业交换机，用于将网络隔离，保证数据通信正常的情况下的网络更加安全。该产品是工业级多端口安全路由器，集防火墙/NAT/VPN为一体。其功能：①可以建立VPN安全远程访问通道。②通过防火墙保护网络安全。③网络地址转换（NAT），轻松进行网络配置。④符合ISA99/IEC62443/ NERC CIP。⑤实现智能防火墙设置。

该设备如图5所示。

作为设备的可选外围设备，可以配置现场的远程显示操作屏。该系统选用Allen-Bradley的Plus 600。该操作屏具备HMI界面的一些基本功能，包括自动烧结、冷炉启动、报警，以及炉子的起停操作、功率改变等功能，而且采用的是以太网的通信方式。远程显示操作屏如图6所示。

2. 网络化熔炼管理系统功能和优点

图1 具有以太网接口的PLC

图2 远程I/O站

图3 带网络接口的测温仪表

图4 带网络接口的大屏幕显示

图5 系统网络安全隔离路由器

（1）该熔炼管理系统基于Windows最新操作系统，采用Allen-Bradley公司的组态软件，操作界面简单，对于操作人员非常容易上手，使用工业级触摸屏，更加方便操作。

（2）该熔炼管理系统提供了更加精确、可靠和完全可编程的控制方式，对于感应熔炼设备的安全和效率起到了极大的促进作用。

（3）该熔炼管理系统是基于Allen-Bradley PLC以及围绕工业以太网设计完成，配置功能强大的数据库，可以实现提供给客户监控以及控制从加料到浇注的整个熔炼过程。

（4）该熔炼管理系统提供了诊断报警等功能，方便客户进行记录查询跟踪，也可以通过以太网传到客户的管理系统，进行统一管理。

网络化熔炼管理系统如图7所示。

二、网络化浇注系统的组成

网络化浇注系统中的设备同样采用带有以太网接口的设备，主要包括如下：

（1）带有以太网通信模块的1769-L45 PLC，和网络化熔炼管理系统一样。

（2）采用POE电源供电方式的智能视觉相机。智能视觉相机是一个兼具图像采集、图像处理、信息传递功能和I/O控制的小型机器视觉系统，是一种嵌入式的机器视觉系统。它将图像传感器、数字处理器、通信模块和I/O控制单元集成到一个单一的相机内，使相机能够完全替代传统的基于PC的计算机系统，独立地完成预先设定的图像处理和分析任务。该相机采用了一体化的设计，降低了系统的复杂度，提高了系统的可靠性。该相机的最大特点是集成度高，功能模块化。作为独立的智能图像采集和处理单元，内部存储器可以存储下载的图像处理算法。智能视觉相机还具有抗干扰能力强、开发效率高、组成简单、规格等级化等优点。

POE电源技术同样是采用以太网电缆连接相机，该电缆同时能够供电和传输数据，而且POE电源只会为需要供电的设备供电，只有连接了需要供电的设备，以太网才会有电压存在，因此解决了线路上漏电的风险。

（3）带有以太网接口的运动控制板。

（4）远程I/O通信模块。

（5）带有以太网接口孕育机构。

（6）计算机。

图6 系统可选远程显示操作屏

图7 网络化熔炼管理系统

三、结语

随着科技的进步，工业4.0的思想深入人心，人们对熔炼和浇注数据的共享要求越来越迫切，越来越多的客户想要在办公室就能看到熔炼和浇注数据，从而能够监视和控制设备。工程人员在设计设备时，都要以网络化的设计理念为出发点。相信在不久的将来，铸造行业一定会做到全网络化的控制。

20170506