罗克韦尔自动化控制系统在澳大利亚Mackay制糖公司的应用

通过采用罗克韦尔自动化控制系统， 澳大利亚Mackay制糖公司玛利亚工厂减少了33%的人力成本， 不仅提高了生产效率，而且使得设备更加容易维护！ 罗克韦尔自动化为玛利亚制糖工厂提供了先进的控制系统，显著提高了他们设备维护和故障处理能力，避免由于设备停机而造成每小时1500美元的损失。 背景 Mackay制糖公司是澳大利亚最大的蔗糖加工企业，在昆士兰省有1100名甘蔗种植者与他们合作，其甘蔗播种面积达9.8万公顷。该公司拥有四座蔗糖加工厂，总计年产原糖100万吨（相当于该国总产量的20%）和22.5万吨糖精。 昆士兰省的蔗糖主产期只有六个月，从每年的六月到十二月。在此期间，Mackay制糖公司的加工厂必须一天24小时不间断地生产。在加工过程中，首先将甘蔗挤压、粉碎，从这些甘蔗渣中榨取蔗糖汁；然后将蔗糖汁进行一系列的蒸发、过滤、提纯和浓缩；第二阶段，浓缩液中已经含有细小的糖粒，需要对其进行结晶处理；然后将蔗糖晶体与蜜糖的混合液通过离心机分离，最后得到蔗糖晶体，并将其烘干。 玛利亚工厂是Mackay制糖公司最大的蔗糖加工厂之一，其蔗糖年加工能力超过200万吨。该厂成立于1895年，有着上百年的历史，并于1988年加入Mackay制糖公司。在过去数年时间里，玛利亚工厂进行了多次控制系统的改造，并且使用罗克韦尔自动化最先进的设备取代了该厂原有的DCS集散控制系统。最近的一次改造项目需要对煮炼控制系统进行升级。 挑战 据玛利亚工厂电器工程师Peter Mitchell先生介绍，原有的DCS系统过于陈旧，维护困难，这是进行此次改造项目的主要原因。他说，“现在已经很难购买这些DCS系统的备件。早在1992年，相关厂商就不再对这套DCS系统提供支持。我们已经想尽一切办法，在澳大利亚全国范围内，东拼西凑，尽量搜罗它的备件。”另外，原有的离散量控制系统采用了第三方厂商的PLC，也已经没有富余的内存和I/O通道供系统使用。 由于原有的DCS系统难于维护，Mackay制糖公司决定替换该系统。Mitchell先生列举了一些新控制系统可以带来的好处。他说，“由于受到原有DCS系统的限制，我们只能通过该系统完成部分自动化处理过程。所以我们希望新系统能够从开始到结束，控制整个生产过程，并允许我们进行远程监控。” 在蔗糖加工过程中，煮炼阶段的控制最为复杂，这是由于蔗糖浓缩液需要根据工艺要求，按照一定的顺序，在不同的蒸锅内反复进行煮炼。每一台蒸锅需要单独进行控制，包括它的容量、蒸汽温度、水温、真空级别，以及通过导电率测量浓缩液的粘性。 系统集成商——Welcon科技公司的Bard James先生认为，如此复杂的加工过程给程序编制带来了挑战。他说，“我们需要将大量的处理流程图转变为逻辑程序，实现加工过程的全部要求。另外，为了方便故障处理，程序结构必须条理清洗。这一点对今后的维护人员处理故障尤为重要。” 解决方案 在过去两三年的时间里，Welcon科技公司帮助玛利亚工厂制定了一套全厂控制系统的蓝图。他们的方案以罗克韦尔自动化集成架构为标准，采用了Rockwell Software RSView32人机界面软件和罗克韦尔自动化三层通讯网络：设备层网络——DeviceNet用于车间现场的设备通讯；ControlNet用于实现控制器之间高确定性的数据传输；以太网——适合于连接监控系统和企业的其它信息系统。另外，新的解决方案还增加了对该厂现有DH+和远程I/O网络的支持。 “我们选择了罗克韦尔自动化的一些早期产品，因为这些产品能够和我们现有的系统进行通讯，”Mitchell先生说，“在过去一段时间里，我们采购了大量的SLC-500系列控制器，我们觉得它的性能不错。在今后的项目中，我们也会继续使用它。” 这次，玛利亚工厂的技术人员决定为他们的煮炼加工项目选择功能更丰富的Allen-Bradley ControlLogix控制器。Mitchell先生认为，“该控制器采用了最新的技术，具备强大的网络连接能力，这正是该项目所必须的功能。” 整个煮炼加工项目控制系统包括：一台单处理器的ControlLogix系统，通过ControlNet网络连接到两个本地1756 I/O机架，通过远程I/O网络连接到6个原有的SLC-500 1746数字量I/O机架。该系统还配备有一套马达控制中心，用于对25台水泵电机进行控制。 两台RSView32人机界面服务器通过以太网与ControlLogix处理器相连接；其中一台位于煮炼系统控制室，另外一台位于车间现场。“我们将它们划分为两个区域，用于实现冗余，”Mitchell先生解释道，“我们在煮炼系统控制室还安放了四台客户机，每两台客户机连接到一台服务器。另外一台客户机安放在楼下的离心机操作室内。” Welcon科技公司负责系统集成任务。“由于加工过程非常复杂，为了制定一套最佳的实施方案，我们花费了大量的时间。”Brad James介绍道，“我们在控制器程序中使用了用户自定义数据类型功能，它允许我们用一个数据类型完成对所有蒸锅自动化处理顺序的定义。这一方法明显地减少了我们的编程工作量，不再需要为每个蒸锅的数据定义一遍又一遍地复制数据。” 根据James先生的介绍，最终的控制程序使用了梯形图程序对所有变频器、阀门、自动化顺序过程进行控制，另外还使用了功能块程序，用于对40个PID回路及其相关的阀门进行控制。“我们总共使用了10个主程序，近500个子程序，约2万行梯形图代码，以及众多的功能块子程序，”James先生补充道，“每个蒸锅的控制大概需要50个子程序，约45个自动化执行步骤！” 效果 Peter Mitchell先生认为，整个改造项目非常成功。所有的煮炼加工过程，从开始到完成，都实现了自动化控制。相对于原来需要人工发出操作指令的方法，新系统极大地提高了煮炼加工过程的效率。在新系统中，还有配方管理功能，整个加工过程都能按照配方规定的步骤来执行。 “我们将煮炼加工过程的操作员从三名缩减到两名，直接为我们节省了33%的人力费用，”Mitchell先生认为，“这一成果归功于全面的自动化控制，让我们能够远程监视楼上、楼下，整个加工过程的情况。通过RSView32人机界面软件的提示，操作员可以准确地知道当前加工过程所处的状态，也能知道下一个步骤将要做什么。”通过这一系统，相当于节省了四名操作员，每周40小时、总共24周的工作量。 Mitchell先生强调，新系统使得维护工作更加方便。他说，“过去，在工厂里只有我一个人了解DCS系统，这就要求我随时都要在现场。而今，故障诊断变得更加方便。其它维护人员也能够看懂梯形图程序，他们自己就可以解决问题。” 由于操作人员能够对系统故障做出快速的反应，而且相关备件充足，使得系统停机时间显著缩短，这一优势对玛利亚工厂尤为重要。过去经常需要花费数天时间才能为陈旧的DCS系统找到一个备件。然而，系统停机一小时，就会造成1500美元的损失。如果在生产过程中突然停机，蔗糖浓缩液将冷却、凝固，需要使用手提钻才能将其清除。新的控制系统则很少出现问题，即便出现故障，也可以在一个小时内恢复生产。 罗克韦尔自动化的企业信息集成架构如下图所示。棕色虚线区域表示本文所涉及的自动化控制系统，其余部分表示罗克韦尔自动化目前能够提供的解决方案，帮助您实现车间现场与企业信息系统的集成。