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(guó)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(lái)越多的問(wèn)題，主要突出在以下幾個(gè)方面：

（1） 無(wú)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(wú)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(chǎng)總線。控制方式采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式適于轉(zhuǎn)爐煤氣回收現(xiàn)場(chǎng)分散的控制設(shè)備性以及惡劣的現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)，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(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)，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(chǎng)控制。

（2） turck系統(tǒng)硬件配置為：

（a） 現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程工藝流程圖如圖3所示。

整個(gè)煤氣回收生產(chǎn)過(guò)程的plc控制軟件由梯形圖，順序圖，語(yǔ)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(jiǎn)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(kāi)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(guò)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(guò)程控制程序

完成正常生產(chǎn)過(guò)程中煤氣回收，放散過(guò)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集，過(guò)程可視化及過(guò)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(kù)容量大，并且可用c語(yǔ)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(guò)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(yǔ)

profibus總線技術(shù)已經(jīng)正式作為我國(guó)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(jiàn)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)。