★蔺喜军（酒泉钢铁（集团）有限责任公司，甘肃嘉峪关735100）

关键词：DLR网络；选矿悬浮焙烧炉控制系统；工业以太环网；生产者/消费者

1 引言

近年来，随着工业控制系统的高速发展，工业以太网技术在控制领域得到了广泛应用。罗克韦尔ControlLogix系统^[1]DLR网络的成熟，成功应用到了工业控制生产领域。酒钢选矿悬浮磁化焙烧项目是攻克世界级难选铁矿石高效利用难题的重点工程项目^[2]，酒钢集团在提升生产自动化水平项目中，悬浮焙烧炉应用了罗克韦尔ControlLogix控制系统^[3]，通过运用EtherNet/IP^[4]工业标准网络技术构建ControlLogix系统DLR网络架构，使诊断更简单、排错更快捷，有效管理全厂的实时控制和信息。

ControlLogix系统DLR网络是一种用于自动化设备互连的单故障容错环网，这种拓扑结构在设备级实现，不需要额外的交换机，布线简单，将传统线型改成环型。DLR网络采用环的节点管理环内数据的循环，当侦测网络故障后，将网络配置成总线结构；当侦测网络恢复后，再次将网络调整为环形结构。DLR网络结构明晰，可靠性高，应用前景广泛。

2 DLR环形网络工作原理及优势

Device Level Ring网络简称DLR网络^[5]，DLR网络是罗克韦尔公司产品，是通过线性技术发展而来。在一个环型网络中，如果没有利用环网协议，数据包将永远在环网中循环下去。为了解决这样问题，DLR网络顺势而生。DLR网络的意义在于，选择网络环中的一个节点设置为管理者，来管理环内数据的循环。在DLR网络正常操作下，网环的管理者阻止一个端口通讯数据，从两个端口发送标志帧捕获环网中断，从没有阻止的端口发送通告帧。当发生物理链路故障时，环网节点发送的环状态信息被环网管理者接收，环网管理者开放原本堵塞的端口让环网变成总线网络；当线路故障恢复时，网络侦测标志帧开始判断解除阻止的端口，将网络恢复成为环网模式。

DLR网络的优势在于拥有单故障容错网络的弹性机制，具有快速完成网络故障检测和重新配置功能，部署解决故障问题过程简单，无其他硬件要求。

3 悬浮磁化焙烧^[6]工艺的DLR网络控制系统

3.1 悬浮磁化焙烧工艺简介

酒泉钢铁的悬浮磁化焙烧炉工艺，主要组成部分有给料系统、磁化焙烧系统、余热回收系统、废气除尘系统、产品输送系统以及供气供水辅助系统，主要设备有料仓、电子定量给料机、螺旋给料机、闪速干燥器、预热器、悬浮焙烧炉、分离器、还原炉、旋风除尘器及锁气装置、悬浮床锅炉、流化床锅炉、锅筒、高压引风机、袋式除尘器、螺杆式压缩机、燃烧站等。

酒泉钢铁的悬浮磁化焙烧炉工艺主要任务是将来自过滤工序的铁矿粉，经过料仓贮存、电子定量给料机和螺旋给料机的计量后进入闪速干燥器。在闪速干燥器中，含附水约11%的铁矿石滤饼与高温烟气顺流流动，完成铁矿饼的干燥、水分的蒸发。干物料和烟气混合物从闪速干燥器出来后，进入预热器PO1，实现物料预热、气与固分离，预热后的物料卸入悬浮焙烧炉PO4，而烟气进入废气除尘系统。在悬浮焙烧炉内，物料与混合煤气燃烧形成的高温燃烧产物充分混合，含结晶水的矿物、菱铁矿、铁白云石、白云石等矿物发生热反应，简单的铁矿物发生氧化反应。经过悬浮焙烧后的物料与烟气一起进入分离器进行气固分离。分离下来的物料进入还原炉与还原气发生反应，将铁矿物中的氧化铁还原成磁铁矿。物料以磁铁矿形式从溜槽进入下一个工序。在生产过程中，余热回收系统、废气除尘系统、燃烧系统、给水系统、压空供给系统的设备匹配主工艺生产能力运行。

3.2 DLR网络控制系统

选矿厂悬浮磁化控制系统主要采用了罗克韦尔自动化Allen Bradley基于“生产者/消费者^[7]”的ControlLogix控制系统^[8]，针对焙烧炉工业控制生产设备需求提供了高可靠性、高性能的分布式控制解决方案，运用ControlLogix控制器的冗余系统、两套1756-L73的CPU处理器模块，一块处理器模板作为主处理器，另外一块模板作为从处理器。在处理器的冗余系统的切换过程中，由于对程序扫描周期的影响及减少系统切换的快速和可靠，没有出现数据的突变和丢失，并且处理器内部无需执行繁杂的决策判断程序，实现了系统的无扰切换，从而达到对悬浮焙烧炉设备的安全控制。

矿厂悬浮磁化控制系统由配备冗余处理器的本地柜和另外8面远程柜组成，整个网络架构采用EtherNet/IP网络连接，控制系统采用1756-EN2TR通讯模块，悬浮磁化焙烧炉控制系统整个网络通过本地和多个远程站构成ControlLogix系统DLR网络。控制系统上位计算机操作站应用罗克韦尔自动化FactoryTalk(R)View Studio上位软件；控制系统应用的下位软件为Studio 5000；通讯软件为RSlinx Classic，应用EtherNet/IP网络实现控制系统PLC^[9]的上下位的通讯功能。如图1所示。

图1 选矿悬浮焙烧炉控制系统网络架构拓扑图

DLR网络控制系统负责悬浮磁化焙烧炉工艺生产过程的工艺控制，其中包括给料量的计量和调控，燃烧室温度、各管道压力、进出口温度的测量，对还原煤气、加热煤气、加热空气的压力与流量的测量，阀引风机、罗茨风机、余热锅炉等电气设备起停的逻辑控制和保护功能及各设备电机运行状态的检测等工作。

3.3 系统配置

DLR网络通过上位操作站组态后进行显示，提供现场DLR网络设备组态信息，协助判断、监控及排查现场DLR网络设备故障。DLR网络组态信息通过FactoryTalk View[10]上位操作软件与设备级环形连接，提供网络集成和监控功能。根据功能设计软件从Active Supervisor获得的图形信息来自动生成详细的图形化网络布局。如图2所示。

图2 悬浮焙烧炉系统EtherNet/IP Device Level Ring网络状态图

3.3.1 环网控制功能概述

ControlLogix系统采用了基于“生产者/消费者”的高性能、高可靠性、配置灵活的分布式控制通讯模式，通过自动化设备互连的单故障容错环网ControlLogix系统DLR网络，实现了运动、过程、离散三种不同控制类型的集成，因而，ControlLogix被广泛地应用于各种控制系统。

ControlLogix系统DLR网络强大的监控和故障诊断功能是一项先进的技术工具，通过控制系统的编程环境便可以完美地完成要求。罗克韦尔自动化环网控制系统的上下位检测程序的调用及画面编程调试，可实现PLC设备硬件环网的环网设备状态信息远程监控；控制系统通过对程序AOI指令的轮询，对现场硬件设备的DLR节点的Active Supervisor地址计算主管接管节点，判断网络中控制连接的状态，并定义节点图标，将设备类型、节点编号和硬件IP地址以列表方式展示在上位操作站，一旦网络故障信息发生变化，重新构建网络信息，将故障链路及设备状态信息在监控画面中实时显示，并对报警信息进行记录及向用户进行报警提示。

DLR网络是基于EtherNet/IP DLR面板显示，以太网/IP设备级别环（DLR）网络诊断面板为用户提供基本的DLR网络状态信息，以协助监控和排除DLR网络故障。DLR面板是一个预先配置的屏幕，显示在FactoryTalk View SE或FactoryTalk View ME中，与设备级环形AOI接口，以提供HMI功能和集成。主要实现以下四个方面信息：

（1）DLR网络主页显示

DLR网络主页界面提供详细的图形化网络^[11]布局，图形是根据从Active Supervisor获得的信息自动生成的，最多可显示46个节点，这是CIP消息指令的限制；对于大于46个节点的网络，面板将显示错误消息，告知有关网络大小限制。DLR状态监测界面最多一次可以显示24个节点，对于超过24个节点的部分，在左下角变为活动链接到第二页。

DLR环网中一个一个节点为活跃的网络管理器，总是位于屏幕的顶部位置，由黄色皇冠图标与蓝色背景识别，它右边的链接表示到DLR端口1的连接，其它网络节点按它们实际连接的顺序显示，每个节点将显示以下信息：显示图标、IP地址、MAC地址、电缆连接状态等内容。

（2）网络和管理员信息页面

该页面可提供当前DLR环网具体的网络参数和环网管理员详细信息，其中包括网络拓扑状态、DLR节点数、当前活动的Supervisor的优先级、信标间隔、协议框架、环故障数等信息，通过状态信息直观地显示现场设备状态，便于工程技术人员第一时间掌握现场设备运行情况。

（3）DLR节点信息页面

环网节点信息提供了每个网络节点的详细信息和当前状态，每个环形节点显示当前所选参与节点的详细信息，同时启用一个最高优先值的节点成为活动环管理节点，其他节点自动成为备份管理器，处理网络上数据并传输到网络上的任何一个节点，同时显示设备状态。当DLR网络发生故障时，它们会重新自动配置并重新学习网络拓扑结构。此外，环节点可以向Active Ring Supervisor报告故障位置。

（4）报警和故障显示页面

该界面显示DLR网络故障状态和统计，提供了对发生故障的网络的详细描述，当设备网络组件或线路出现故障时，显示设备的故障定位信息和自最近一次故障以来在网络上检测到的故障次数，将设备的故障状态映射到显示页面，并发出报警提示，检查确认后，可对模块单元故障计数器复位清零。

3.3.2 DLR网络监控功能实现方式方法及要求

（1）控制系统软件的兼容性和要求：RSLogix/Studio 5000 V17或更高版本，FTView Studio ME/SE 6.10或更高版本，屏幕设计的工作与HMI须具有较高的分辨率，此时将不需要调整面板提供的图形屏幕的大小。

（2）控制系统的工作网络中必须存在一个工作的DLR网络，并且有一个可以访问这个DLR网络的Logix控制器。

（3）使用罗克韦尔自动化“DLR faceplate V3.00”文件，导入和配置RSLogix/Studio 5000 Run下位程序；然后导入和配置FTView Studio上位运行程序，并进行编程调试。

（4）DLR面板附加指令（AOI）将使用MSG指令自动从网络收集所有需要的数据。

3.3.3 ControlLogix系统DLR工业以太环网^[12~13]应用特点

悬浮磁化焙烧综合自动化工业以太环网的建成，实现了控制系统的集中、高速传输及对设备运行、生产调度、安全监测监控等实时远程监控和数据自动采集，提高了对各类问题的准确判断及应急处理能力。

（1）通过严格的工业级安规标准，具有安全可靠、结构简单、维护方便、扩展性强等技术特点，通过先进的网络状态管理和安全管理，为远程监控提供了网络基础，实现悬浮磁化焙烧系统的远程自动化控制，大幅提高生产能力和安全管理水平。

（2）强大、快速的网络故障自愈能力、网络保护能力。DLR以太环网利用断路警告、环网状态监测、环网状态恢复三种机制来对其进行维护，其中任何一个节点故障，环网保护功能均能实时快速响应将数据切换到备用链路，保障网络正常运行。

（3）ControlLogix系统DLR以太环网的网络状态监测功能完美地解决了传统环网中单点网络故障难以发现，只有在出现两处以上时才能反映出网络问题的缺点，通过对工业以太环网设备进行实时扫描监控，实现出现故障实时报警，提醒技术人员及时处理，避免影响悬浮磁化焙烧安全生产。

3.3.4 DLR网络所属控制系统设备维护与故障处理应急处置措施

ControlLogix系统DLR工业以太环网强大的功能之一突出表现在网络检测及报警处理方面，当DLR工业以太环网出现故障时将面临着远程控制柜以太网通讯中断，远程PLC柜故障丢等问题，当DLR出现单点或多点网络故障时，为了确保控制系统设备第一时间得到快速响应处理设备问题，特制定以下应急处置措施：

（1）当设备出现单点故障时，在主控室上位操作站DLR网络主页将显示网络上检测到的故障次数，将设备的故障状态映射到显示页面，并发出报警提示，维护人员第一时间需控制措施解决故障。

（2）当控制系统出现多点设备故障时，维护人员在上位操作站根据DLR网络主页显示信息可快速判断设备故障位置，确认现场PLC柜设备状态，处理DLR网络信息所对应的现场远程PLC网络设备，精准快速地排查处理问题。

（3）技术人员定期在DLR网络主页界面或下位程序检查网络的状态信息，关注网络模块配置中网络检测到环故障的次数统计，做到重点环节重点监护。

（4）在现场硬件故障排除解决后，及时清除网络组态结构中故障信息和复位计数器，便于对网络状态的新一轮信息采集，如图3所示。

图3 悬浮焙烧炉系统Studio 5000下位软件网络状态信息图

（5）通过对网络设备定期检查与维护、网络服务功能的定期诊断等及时排查设备可能存在的隐患，从而降低设备发生故障的概率，确保设备正常运行，同时针对日常排查的问题不断进行改善，从而提高设备本质安全和利用率。

4 结束语

ControlLogix系统DLR网络控制技术在悬浮磁化焙烧系统的应用，有效地推进了悬浮焙烧生产过程自动化控制的高产高效稳定运行，提高了企业核心竞争力，对于提高悬浮磁化焙烧的生产效率、安全水平、生产业务管理具有重要的作用。悬浮磁化焙烧ControlLogix系统DLR网络、工业以太环网、工业视频监控系统的可靠运行是不可或缺的，开创了高水平自动化大规模工业应用的先河，为酒钢成功攻克世界级难选铁矿石高效利用难题贡献了应有的价值。

作者简介：

蔺喜军 （1981-），男，甘肃嘉峪关人，工程师，硕士，现就职于酒泉钢铁（集团）有限责任公司，从事工业自动化控制工作。

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摘自《自动化博览》2022年7月刊