應用背景
位于沈陽的沈陽鑄造研究所是我國唯一的國家級鑄造技術專業研究所, 研究所主要從事鑄造業用新材料、新工藝、新技術及相應設備的研究、開發、技術推廣和產品生產。研究所目前設有特種鋼生產基地、大型鋁合金鑄件生產基地、鈦合金制品生產基地、鑄造原輔材料生產基地、鑄造設備生產基地、電渣熔鑄件生產基地和AOD鋼水精煉示范基地。在這些生產基地中采用國內、國際先進的生產技術，為我國軍工新型武器系統的開發、航天裝備的配套及國內外大型電站的建設，提供了大量的優質鑄件和產品。
電渣爐屬于精煉爐，主要應用于金屬的鑄造工藝。通過電渣爐可以實現電渣重熔，電渣重熔（熔鑄）是一種二次精煉技術，集鋼水二次精煉與定向凝固相結合的綜合冶金鑄造過程。 電渣爐工作原理是電流通過液態渣池產生渣阻熱，將金屬電極熔化，熔化的金屬匯集成熔滴，熔滴滴落時穿過渣層后進入金屬熔池，然后于水冷結晶器中結晶凝固成鋼錠。電渣爐產品的質量是受到溶解材料和電爐工作電流的影響，電渣爐控制系統的功能是實現恒速恒電流重熔工作過程 ，以達到產品質量的穩定。
解決方案
為了使電渣爐的功能得以實現，就必須對電渣爐相關的機械設備和電力設備實現精準的控制，以實現電渣爐恒速恒電流重熔工作過程 。電渣爐的控系統則是使整個電渣爐各系統的各個環節有機結合起來，并保證各個環節正常運轉，以實現及時、準確的控制。為此，電渣爐控制系統需要一套可靠性高、易于操作、維護方便、性價比高的一套自動化控制系統。東北大學冶金重點試驗室結合多年以來在冶金領域應用經驗，并結合GE IP智能平臺的先進控制器產品，給出了一套適合于用戶需求的自動化控制系統方案。
電渣爐的位置和速度主要的傳感器件是4臺絕對編碼器，傳動系統主要是有變頻器驅動的2臺電機。此外系統中還包含電流、電壓等參數I/O檢測系統及控制系統。這些系統由于布置的較為分散，為了便于連接和控制，系統中采用成熟的Profibus DP網絡將各種被控設備連接在一起。系統結構圖可以參見圖1所示。
電渣爐的工藝流程由一套GE IP智能平臺的PAC3i 高性能、和進控制系統來實現控制。解決方案可大致分為以下三個部分。
高速以太通訊網絡：用于連接操作員站。
PAC3i 高性能先進控制控制器、現場網絡及其本地、遠處I/O系統。
上位機操作員站（兼工程師維護工作站）。
圖1 系統結構圖
1、高速以太通訊網絡
以太網通訊快速地發展與廣泛地普及，其無可比擬的高速與互聯互通的優勢，使以太網通訊成為目前世界上工業控制領域高速通訊的事實標準與未來通訊的發展趨勢。
GE智能平臺自動化產品很好地支持工業以太網通訊，可以用于控制層設備之間、控制層與遠程I/O 之間、控制層與人機界面HMI/觸摸屏之間的通訊。GE智能平臺工業以太網通訊產品支持以下工業以太網協議：
SRTP TCP/IP 協議
EGD 協議
Modbus TCP/IP 協議
ProfiNet 協議
在本列應用中，主要采用SRTP TCP/IP 協議。SRTP TCP/IP 協議，即Service Request Transport Protocol，其基于Client/Server 結構、Request/Reply 方式進行以太網通訊，Client 對Server 發出讀/寫數據Request，Server 對Client 返回相應Reply。SRTP TCP/IP 協議可以用于GE智能平臺產品的控制器間數據通訊、編程組態下載、控制器與HMI/觸摸屏通訊等。
SRTP TCP/IP 協議支持通用的Hub、Switch、Router產品。
2、 PAC3i 高性能先進控制控制器、現場網絡及其本地、遠處I/O系統。
作為GE智能平臺主要的過程自動化控制器，PAC系統在操作系統之上設計了一個通用的、適合于多平臺的(包括硬件平臺和操作系統平臺)、便于移植的、輕便的控制引擎，集成了包括邏輯控制、運動控制、過程控制和人機界面在內的多領域解決方案，從而保證使用PAC系統的用戶可以使其編制的應用程序獲得最大的應用收益，并且還可以方便地優化其自動化平臺，從而不需重新設計整個系統，就可以不斷獲得越升的系統性能。
此外, GE智能平臺智能平臺的PAC3i控制系統還具有以下的應用優點：標配Intel 1.1GHz CPU處理器，CPU內部集成10M或64M用戶內存,應用標準的工業PCI總線標準，使用12或16槽PCI機架，底板速度提高到27M,真正支持熱插拔使用。使用PCI總線底板來支持高速PCI數據傳輸率，支持標準底板使第三方可以方便的開發I/O、通信、動作控制、可視和其它模塊。
PAC3i控制系統提供了豐富的I/O接口模塊（包括智能型I/O接口模塊和非智能型I/O接口模塊）,適合于從簡單到復雜的應用。此外系統還提供了多種網絡通訊模塊，如以太網通訊模塊IC695ETM001、Profibus DP網絡主站通訊模塊IC695PBM300等。
VersaMax PLC是一種更易于使用、價格合理、性能卓越的PLC。VersaMax提供了廣泛的I/O模塊、電源模塊和通訊模塊。通訊支持TCP/IP以太網、Profibus DP、DeviceNet和Modbus RTU協議。模塊具有帶電熱插拔功能。多種類型的底座和接插式端子提供了接線的靈活性。
3、上位機操作員站（兼工程師維護工作站）
此系統中設立了一臺機操作員站HMI站（兼工程師維護工作站）。操作員站上安裝并運行PROFICY HMI/SCADA-iFix 軟件，作為原Intellution DynamicsTM工業自動化軟件解決方案家族中的HMI/SCADA解決方案，強大的VBA腳本功能和靈活易學的特點，使得其在國內外有著廣泛的用戶群。其真正的分布式、客戶/服務器結構包括可靈活構造的服務器（SCADA Server）和客戶端（iClient 、iClientTS 和 iWebServer），無論是Intellution客戶端應用，還是第三方或用戶自定義應用均可讀取SCADA Server實時數據，實現實時動態畫面、趨勢、報表、批次控制、MES等應用。這些應用既可以與SCADA Server運行在同一臺計算機；也可通過Intranet、Internet 分布在網絡中不同的Server或Client節點上運行，十分適合多節點系統的應用。無論是 Server和Client 功能運行在單一計算機，實現簡單的單機人機界面 (HMI)，還是網絡復雜的分布式多Server和多Client數據采集和控制系統，iFIX都表現出優異的性能。該產品非常易于使用，同時又適合于實時控制和監視，可以將它配置成從單個節點到多節點的網絡系統形成不同的規模，具有很強的可擴展性。
PROFICY HMI/SCADA- iFix軟件能夠應用在各種不同類型的工業生產過程中，諸如汽車，航天，石油與天然氣，化工，石化，食品加工，飲料，制藥，紙漿與造紙，管線，金屬，水與廢水處理，交通以及其它行業。
系統應用軟件的工藝流程圖為用戶提供了簡單直接的可視化生產過程，為用戶對生產進行實時監督控制與參數修改提供了方便。
在流程圖上，操作員可以方便的查看主要的參數（如：電流、電壓）以及系統各設備當前的運行狀態，同時通過點擊系統流程圖上的各個可控設備實現生產的遠程控制系統的HMI應用軟件界面如圖2所示。
圖2控制系統畫面
實施結果
通過GE智能平臺智能平臺的PAC3i 高性能、先進控制系統，沈陽鑄造研究所80T雙臂電渣爐的控制系統達到了系統的設計目的。控制系統可以實現整個電渣爐各系統的各個環節有機結合起來，并保證各個環節正常運轉，以實現電渣爐恒速恒電流重熔工作過程。同時GE智能平臺將以其先進的技術，卓越的知名度，良好的口碑為冶金鑄造行業提供更快、更強、更高效的控制系統，不斷促進中國冶金行業控制水平提高。
