基于s7-300 PLC器件和總線技術(shù)實現(xiàn)煤氣回收自控系統(tǒng)的改造

1、前言

萊鋼集團股份公司所屬煉鋼廠是該公司支柱單位，應(yīng)生產(chǎn)要求，對原煤氣回收自控系統(tǒng)進行改造，原有的煤氣回收自控系統(tǒng)于1998年投運，采用德國siemens公司的s5 plc系統(tǒng)，上位機采用研華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方面：

（1） 無法滿足硬件和軟件擴容的需要;

（2） 備品備件陳舊，供貨困難;

（3） 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，維護難度大;

（4） 編程環(huán)境基于dos，無法與高級監(jiān)控平臺接口。

2、 系統(tǒng)介紹

此次系統(tǒng)改造除考慮將plc升級之外，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與上位機則采用了基于tcp/ip協(xié)議、星型拓撲結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)通訊方式。星型連接的拓撲結(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)的可靠性、擴充性更強;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公司功能防護等級高的pdp、sdpb系列i/o模塊作為遠程站進行現(xiàn)場設(shè)備的信號采集。turck遠程模塊具有高防護等級、保護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24v di模板3塊、32點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di（pdp-im16-0002）3塊、8點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do模板（bl20-16do-24vdc-0.5a-p，0.5a）1塊。

（3）上位機則全部采用高性能的臺灣研華工控機ipc-610（pⅲ1.0g/256m/40g）。

3 、計算機系統(tǒng)軟件編制

整個煤氣回收生產(chǎn)過程工藝流程圖如圖3所示。

整個煤氣回收生產(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別，并做出適當處理。防止出現(xiàn)事故停機（cpu嚴重故障除外），并能完成通訊中斷后的自動啟動。

（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） 報警和事故處理程序

完成風(fēng)機電流以及其它重要過程參數(shù)的監(jiān)測報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：對回收、吹氧、降罩等重要生產(chǎn)行為的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。

（6） 風(fēng)機運行控制：可完成對4臺風(fēng)機以及相關(guān)負數(shù)設(shè)備的自動化控制。

3.2 操作界面組態(tài)設(shè)計

監(jiān)控操作界面采用siemens 公司的基于windows 2000平臺的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、實時趨勢圖、歷史趨勢圖、報警圖等，再把數(shù)據(jù)信息填充連接到編制好的各種圖和輸出報表中。所有這些組件功能 集成為一體、實時、綜合的反映復(fù)雜的動態(tài)生產(chǎn)過程，按鈕、信號燈、閥位、溫度及流量信號一目了然。該系統(tǒng)有工藝流程圖1幅、生產(chǎn)監(jiān)控圖5幅、實時趨勢圖6幅、歷史趨勢圖3幅、報警圖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)控制標準，其規(guī)范和高效性是顯而易見的，在萊鋼集團也是首次采用，至今運行穩(wěn)定，隨著該集團的工業(yè)發(fā)展和profibus良好的運行性能，必將會被大量采用，高效服務(wù)于工業(yè)。