基于s7-300 PLC器件和總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤氣回收自控系統(tǒng)的改造
1、前言
萊鋼集團(tuán)股份公司所屬煉鋼廠是該公司支柱單位,應(yīng)生產(chǎn)要求,對(duì)原煤氣回收自控系統(tǒng)進(jìn)行改造,原有的煤氣回收自控系統(tǒng)于1998年投運(yùn),采用德國siemens公司的s5 plc系統(tǒng),上位機(jī)采用研華ipc—610(p166),mmi系統(tǒng)采用fix dmacs監(jiān)控軟件,并采用以同軸電纜為介質(zhì),基于tf協(xié)議的sinec h1的以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。
原系統(tǒng)逐漸暴露出越來越多的問題,主要突出在以下幾個(gè)方面:
(1) 無法滿足硬件和軟件擴(kuò)容的需要;
(2) 備品備件陳舊,供貨困難;
(3) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為環(huán)狀結(jié)構(gòu),維護(hù)難度大;
(4) 編程環(huán)境基于dos,無法與高級(jí)監(jiān)控平臺(tái)接口。
2、 系統(tǒng)介紹
此次系統(tǒng)改造除考慮將plc升級(jí)之外,還要將環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)改為星狀結(jié)構(gòu),用profibus-dp現(xiàn)場總線??刂品绞讲捎矛F(xiàn)場總線控制方式適于轉(zhuǎn)爐煤氣回收現(xiàn)場分散的控制設(shè)備性以及惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。
plc采用siemens公司s7-300,監(jiān)控站采用研華piii系列。plc與上位機(jī)則采用了基于tcp/ip協(xié)議、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)通訊方式。星型連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)的可靠性、擴(kuò)充性更強(qiáng);由于網(wǎng)絡(luò)走線距離長,通訊介質(zhì)采用光纜,可以最高支持100mbps的通訊速率、幾十公里超長的傳輸距離、很強(qiáng)的抗干擾能力以及極低的誤碼率。為了能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境,采用了turck公司功能防護(hù)等級(jí)高的pdp、sdpb系列i/o模塊作為遠(yuǎn)程站進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備的信號(hào)采集。turck遠(yuǎn)程模塊具有高防護(hù)等級(jí)、保護(hù)能力以及完善的診斷功能,非常適合用于條件差的現(xiàn)場,降低了維護(hù)成本,改造方案如圖2所示。
(1) plc配置
支持profibus-dp總線協(xié)議的cpu 315-2 dp 1塊、支持tcp/ip通訊協(xié)議的cp 343-1 1塊、ps 307(考慮到主機(jī)架模塊的背板電流消耗較小,電源模塊容量選擇為5a) 1塊、32點(diǎn)24v di模板3塊、32點(diǎn)24v do模板2塊、8路ai模板1塊。
爐前控制采用bl20,pdp、sdpb系列i/o模塊則用于現(xiàn)場控制。
(2) turck系統(tǒng)硬件配置為:
(a) 現(xiàn)場控制:
4路ai模塊(sdpb-40a-0007)21塊、4路rtd模塊(sdpb-40a-0009)11塊、16點(diǎn)di(pdp-im16-0002)3塊、8點(diǎn)do(pdp-om8-0004,2a)4塊。
(b) 爐前控制:
3座轉(zhuǎn)爐爐前控制系統(tǒng)的硬件配置相同,均為:
profibus-dp耦合器(bl20-gw-pbdp-12mb,12mbps)1塊、總線電源模塊(bl20-br-24vdc-d)1塊、32點(diǎn)di模板(bl20-32di-24vdc-p)1塊、輸出模板供電模塊(bl20-pf-24vdc-d)1塊、16點(diǎn)do模板(bl20-16do-24vdc-0.5a-p,0.5a)1塊。
(3)上位機(jī)則全部采用高性能的臺(tái)灣研華工控機(jī)ipc-610(pⅲ1.0g/256m/40g)。
3 、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件編制
整個(gè)煤氣回收生產(chǎn)過程工藝流程圖如圖3所示。
整個(gè)煤氣回收生產(chǎn)過程的plc控制軟件由梯形圖,順序圖,語句表三部分組成,使用step7軟件。監(jiān)控站系統(tǒng)采用wincc監(jiān)控軟件。
3.1 程序的編制和結(jié)構(gòu)
本著控制程序應(yīng)當(dāng)簡潔,安全可靠,易讀,可修改性質(zhì)等要求,采用模塊化編程結(jié)構(gòu),完成控制程序的結(jié)構(gòu)功能框圖, 控制程序的結(jié)構(gòu)功能框圖如圖4所示,根據(jù)分配的系統(tǒng)資源進(jìn)行分層編程完善接口。
本程序主要的功能模塊有:
(1) 自診斷程序
完成系統(tǒng)硬件故障和軟件故障的分析識(shí)別,并做出適當(dāng)處理。防止出現(xiàn)事故停機(jī)(cpu嚴(yán)重故障除外),并能完成通訊中斷后的自動(dòng)啟動(dòng)。
(2) 數(shù)據(jù)預(yù)處理程序
完成開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)、二次處理和一些工程量轉(zhuǎn)換等。
(3) 報(bào)警和事故處理程序
完成風(fēng)機(jī)電流以及其它重要過程參數(shù)的監(jiān)測(cè)報(bào)警和事故的緊急處理。
(4) 煤氣回收、放散過程控制程序
完成正常生產(chǎn)過程中煤氣回收,放散過程中的設(shè)備運(yùn)作聯(lián)鎖控制和回路調(diào)節(jié)控制。
(5) 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì):對(duì)回收、吹氧、降罩等重要生產(chǎn)行為的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
(6) 風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制:可完成對(duì)4臺(tái)風(fēng)機(jī)以及相關(guān)負(fù)數(shù)設(shè)備的自動(dòng)化控制。
3.2 操作界面組態(tài)設(shè)計(jì)
監(jiān)控操作界面采用siemens 公司的基于windows 2000平臺(tái)的wincc軟件包,它是一套提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集,過程可視化及過程監(jiān)控功能的工業(yè)自動(dòng)化軟件。其自身的數(shù)據(jù)庫容量大,并且可用c語言編程。
根據(jù)工藝要求,編制工藝流程圖、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖、歷史趨勢(shì)圖、報(bào)警圖等,再把數(shù)據(jù)信息填充連接到編制好的各種圖和輸出報(bào)表中。所有這些組件功能 集成為一體、實(shí)時(shí)、綜合的反映復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過程,按鈕、信號(hào)燈、閥位、溫度及流量信號(hào)一目了然。該系統(tǒng)有工藝流程圖1幅、生產(chǎn)監(jiān)控圖5幅、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖6幅、歷史趨勢(shì)圖3幅、報(bào)警圖2幅,有代表性的監(jiān)控圖如圖5、圖6所示。
4 、結(jié)束語
profibus總線技術(shù)已經(jīng)正式作為我國的一種工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn),其規(guī)范和高效性是顯而易見的,在萊鋼集團(tuán)也是首次采用,至今運(yùn)行穩(wěn)定,隨著該集團(tuán)的工業(yè)發(fā)展和profibus良好的運(yùn)行性能,必將會(huì)被大量采用,高效服務(wù)于工業(yè)。