应用背景
位于沈阳的沈阳铸造研究所是我国唯一的国家级铸造技术专业研究所, 研究所主要从事铸造业用新材料、新工艺、新技术及相应设备的研究、开发、技术推广和产品生产。研究所目前设有特种钢生产基地、大型铝合金铸件生产基地、钛合金制品生产基地、铸造原辅材料生产基地、铸造设备生产基地、电渣熔铸件生产基地和AOD钢水精炼示范基地。在这些生产基地中采用国内、国际先进的生产技术，为我国军工新型武器系统的开发、航天装备的配套及国内外大型电站的建设，提供了大量的优质铸件和产品。
电渣炉属于精炼炉，主要应用于金属的铸造工艺。通过电渣炉可以实现电渣重熔，电渣重熔（熔铸）是一种二次精炼技术，集钢水二次精炼与定向凝固相结合的综合冶金铸造过程。 电渣炉工作原理是电流通过液态渣池产生渣阻热，将金属电极熔化，熔化的金属汇集成熔滴，熔滴滴落时穿过渣层后进入金属熔池，然后于水冷结晶器中结晶凝固成钢锭。电渣炉产品的质量是受到溶解材料和电炉工作电流的影响，电渣炉控制系统的功能是实现恒速恒电流重熔工作过程 ，以达到产品质量的稳定。
解决方案
为了使电渣炉的功能得以实现，就必须对电渣炉相关的机械设备和电力设备实现精准的控制，以实现电渣炉恒速恒电流重熔工作过程 。电渣炉的控系统则是使整个电渣炉各系统的各个环节有机结合起来，并保证各个环节正常运转，以实现及时、准确的控制。为此，电渣炉控制系统需要一套可靠性高、易于操作、维护方便、性价比高的一套自动化控制系统。东北大学冶金重点试验室结合多年以来在冶金领域应用经验，并结合GE IP智能平台的先进控制器产品，给出了一套适合于用户需求的自动化控制系统方案。
电渣炉的位置和速度主要的传感器件是4台绝对编码器，传动系统主要是有变频器驱动的2台电机。此外系统中还包含电流、电压等参数I/O检测系统及控制系统。这些系统由于布置的较为分散，为了便于连接和控制，系统中采用成熟的Profibus DP网络将各种被控设备连接在一起。系统结构图可以参见图1所示。
电渣炉的工艺流程由一套GE IP智能平台的PAC3i 高性能、和进控制系统来实现控制。解决方案可大致分为以下三个部分。
高速以太通讯网络：用于连接操作员站。
PAC3i 高性能先进控制控制器、现场网络及其本地、远处I/O系统。
上位机操作员站（兼工程师维护工作站）。
图1 系统结构图
1、高速以太通讯网络
以太网通讯快速地发展与广泛地普及，其无可比拟的高速与互联互通的优势，使以太网通讯成为目前世界上工业控制领域高速通讯的事实标准与未来通讯的发展趋势。
GE智能平台自动化产品很好地支持工业以太网通讯，可以用于控制层设备之间、控制层与远程I/O 之间、控制层与人机界面HMI/触摸屏之间的通讯。GE智能平台工业以太网通讯产品支持以下工业以太网协议：
SRTP TCP/IP 协议
EGD 协议
Modbus TCP/IP 协议
ProfiNet 协议
在本列应用中，主要采用SRTP TCP/IP 协议。SRTP TCP/IP 协议，即Service Request Transport Protocol，其基于Client/Server 结构、Request/Reply 方式进行以太网通讯，Client 对Server 发出读/写数据Request，Server 对Client 返回相应Reply。SRTP TCP/IP 协议可以用于GE智能平台产品的控制器间数据通讯、编程组态下载、控制器与HMI/触摸屏通讯等。
SRTP TCP/IP 协议支持通用的Hub、Switch、Router产品。
2、 PAC3i 高性能先进控制控制器、现场网络及其本地、远处I/O系统。
作为GE智能平台主要的过程自动化控制器，PAC系统在操作系统之上设计了一个通用的、适合于多平台的(包括硬件平台和操作系统平台)、便于移植的、轻便的控制引擎，集成了包括逻辑控制、运动控制、过程控制和人机界面在内的多领域解决方案，从而保证使用PAC系统的用户可以使其编制的应用程序获得最大的应用收益，并且还可以方便地优化其自动化平台，从而不需重新设计整个系统，就可以不断获得越升的系统性能。
此外, GE智能平台智能平台的PAC3i控制系统还具有以下的应用优点：标配Intel 1.1GHz CPU处理器，CPU内部集成10M或64M用户内存,应用标准的工业PCI总线标准，使用12或16槽PCI机架，底板速度提高到27M,真正支持热插拔使用。使用PCI总线底板来支持高速PCI数据传输率，支持标准底板使第三方可以方便的开发I/O、通信、动作控制、可视和其它模块。
PAC3i控制系统提供了丰富的I/O接口模块（包括智能型I/O接口模块和非智能型I/O接口模块）,适合于从简单到复杂的应用。此外系统还提供了多种网络通讯模块，如以太网通讯模块IC695ETM001、Profibus DP网络主站通讯模块IC695PBM300等。
VersaMax PLC是一种更易于使用、价格合理、性能卓越的PLC。VersaMax提供了广泛的I/O模块、电源模块和通讯模块。通讯支持TCP/IP以太网、Profibus DP、DeviceNet和Modbus RTU协议。模块具有带电热插拔功能。多种类型的底座和接插式端子提供了接线的灵活性。
3、上位机操作员站（兼工程师维护工作站）
此系统中设立了一台机操作员站HMI站（兼工程师维护工作站）。操作员站上安装并运行PROFICY HMI/SCADA-iFix 软件，作为原Intellution DynamicsTM工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SCADA解决方案，强大的VBA脚本功能和灵活易学的特点，使得其在国内外有着广泛的用户群。其真正的分布式、客户/服务器结构包括可灵活构造的服务器（SCADA Server）和客户端（iClient 、iClientTS 和 iWebServer），无论是Intellution客户端应用，还是第三方或用户自定义应用均可读取SCADA Server实时数据，实现实时动态画面、趋势、报表、批次控制、MES等应用。这些应用既可以与SCADA Server运行在同一台计算机；也可通过Intranet、Internet 分布在网络中不同的Server或Client节点上运行，十分适合多节点系统的应用。无论是 Server和Client 功能运行在单一计算机，实现简单的单机人机界面 (HMI)，还是网络复杂的分布式多Server和多Client数据采集和控制系统，iFIX都表现出优异的性能。该产品非常易于使用，同时又适合于实时控制和监视，可以将它配置成从单个节点到多节点的网络系统形成不同的规模，具有很强的可扩展性。
PROFICY HMI/SCADA- iFix软件能够应用在各种不同类型的工业生产过程中，诸如汽车，航天，石油与天然气，化工，石化，食品加工，饮料，制药，纸浆与造纸，管线，金属，水与废水处理，交通以及其它行业。
系统应用软件的工艺流程图为用户提供了简单直接的可视化生产过程，为用户对生产进行实时监督控制与参数修改提供了方便。
在流程图上，操作员可以方便的查看主要的参数（如：电流、电压）以及系统各设备当前的运行状态，同时通过点击系统流程图上的各个可控设备实现生产的远程控制系统的HMI应用软件界面如图2所示。
图2控制系统画面
实施结果
通过GE智能平台智能平台的PAC3i 高性能、先进控制系统，沈阳铸造研究所80T双臂电渣炉的控制系统达到了系统的设计目的。控制系统可以实现整个电渣炉各系统的各个环节有机结合起来，并保证各个环节正常运转，以实现电渣炉恒速恒电流重熔工作过程。同时GE智能平台将以其先进的技术，卓越的知名度，良好的口碑为冶金铸造行业提供更快、更强、更高效的控制系统，不断促进中国冶金行业控制水平提高。
