ControlLogix控制系統(tǒng)在煤氣加壓站的應(yīng)用實(shí)踐

摘要：本文翔實(shí)地介紹了A-B公司ControlLogix控制系統(tǒng)在煤氣加壓站應(yīng)用中的硬件構(gòu)成、軟件功能、參數(shù)控制原理以及編程調(diào)試思想，是自動(dòng)化組態(tài)軟件在生產(chǎn)實(shí)際中的典型應(yīng)用。該自控系統(tǒng)投入運(yùn)行后，控制性能良好，使用方便簡(jiǎn)潔，為生產(chǎn)高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了良好可靠的自動(dòng)化保障。
　　一、 項(xiàng)目背景
　　2000年邯鋼從德國(guó)克虜伯公司拆回二手設(shè)備燃?xì)廨啓C(jī)，主要消耗能源為混合煤氣。第九煤氣加壓站5#、6#加壓機(jī)將焦?fàn)t煤氣加壓到0.2Mpa，經(jīng)與高爐煤氣混合后向燃?xì)廨啓C(jī)提供熱值在3500±50KJ/cm3的混合高壓煤氣，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功，向熱風(fēng)爐輸送一定壓力和流量的冷風(fēng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)選用了美國(guó)ROCKWELL公司的ControlLogix L5550系列產(chǎn)品，它具有良好的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性、軟硬件的開放性以及友好的人機(jī)界面。其它主要設(shè)備有鞍山UNION公司熱值儀，德國(guó)西門子變頻器等。
　　二、 硬件構(gòu)成
　　1、 系統(tǒng)構(gòu)成




　　圖中，1756-CNBR為ControlNet冗余通訊模板。R是redundance（冗余）的縮寫。1784-KTCX15為安裝在工控機(jī)內(nèi)的通訊卡，具有雙通道信號(hào)輸入。1786-CP為通訊電纜，1786-TPR為同軸電纜分支器。
　　2、 PLC組成






1756-PA72：電源模板 1756-L55M14：CPU模板
1756-CNBR：冗余通訊模板 1756-IF16：模擬量輸入模板
1756-IR6I：熱電阻輸入模板 1756-OF8：模擬量輸出模板
1756-IB32：數(shù)字量輸入模板 1756-OB32：數(shù)字量輸出模板
　　I/O模板種類繁多，具有可拆卸端子、帶電插拔、分變則報(bào)、自診斷、時(shí)間標(biāo)記、模塊
標(biāo)識(shí)、閃存升級(jí)、電子保險(xiǎn)、單獨(dú)隔離等功能。
　　3、 網(wǎng)絡(luò)組成
　　Logix5000系列產(chǎn)品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。煤氣加壓站采用了ControlNet冗余通訊網(wǎng)絡(luò)，它具有獨(dú)特、先進(jìn)、高效的Producer/Consumer技術(shù)，冗余、開放、高速、實(shí)時(shí)、對(duì)等地傳遞數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達(dá)5MB/S。ControlNet能夠可靠預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)何時(shí)發(fā)送，具有高度的確定性。
　　工控機(jī)內(nèi)安裝通訊卡，型號(hào)為1784-KTCX，與PLC之間通過ControlNet網(wǎng)進(jìn)行通訊。通過Rslinx軟件可以方便地設(shè)定內(nèi)存地址、站地址、中斷號(hào)等參數(shù)。加壓站的實(shí)時(shí)控制網(wǎng)通過1784-KTCX網(wǎng)卡與1756-CNBR/D通訊模板互相連接。1756-CNBR/D冗余模板聯(lián)結(jié)兩條網(wǎng)絡(luò)主干線，通訊模板隨時(shí)監(jiān)聽兩條傳輸通道上的數(shù)據(jù)傳輸并檢驗(yàn)。
　　三、 軟件
　　1、 系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)為Windows NT6.0中文版+SP6a，監(jiān)控組態(tài)軟件為RSView32 6.3中文版，編程軟件為Rslogix5000 V11.11，網(wǎng)絡(luò)通訊軟件為RSLinx V2.2，利用它所提供的OPC接口進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。
　　2、 應(yīng)用軟件
　　2.1、RSView32 6.3提供了建立有效監(jiān)視以及管理系統(tǒng)的全套工具，它是以MFC（微軟
基礎(chǔ)類庫(kù)），COM（組件對(duì)象模型）組件技術(shù)的軟件包。它具有繪圖及動(dòng)畫、安全防護(hù)功能、報(bào)警功能、記錄功能、趨勢(shì)功能、事件檢測(cè)功能、與先進(jìn)的OPC規(guī)約完全兼容、ActiveX、VBA Script(腳本)語(yǔ)言等豐富的功能，使得軟件設(shè)計(jì)人員開發(fā)功能完善、控制內(nèi)容靈活的人機(jī)界面游刃有余。
　　煤氣加壓站操作站主要功能包括：工藝流程圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表、控制調(diào)節(jié)畫面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史趨勢(shì)、報(bào)警畫面、數(shù)據(jù)報(bào)表以及屏幕打印等。主要監(jiān)控畫面如下：

　　2.2、RSLogix5000梯形圖軟件編程包，有靈活易用的編輯功能，通用的操作畫面，診斷和糾錯(cuò)工具。程序數(shù)據(jù)庫(kù)中有控制器標(biāo)簽Controller tag和程序Program tag標(biāo)簽兩種。與以往的SLC500系列產(chǎn)品相比，所有數(shù)據(jù)采集無(wú)須編程，直接讀取模板地址即可。
　　2.3、RSLinx軟件實(shí)現(xiàn)上下位數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接，ControlNet網(wǎng)絡(luò)連通后，以O(shè)PC數(shù)據(jù)交換方式在RSLinx軟件中建立TOPIC，選定相應(yīng)的TOPIC建立上位數(shù)據(jù)庫(kù)，RSView32軟件所有人機(jī)交互功能即可實(shí)現(xiàn)。
　　四、 主要控制功能
　　1、 煤氣熱值自動(dòng)控制
熱值是主要質(zhì)量指標(biāo)之一。煤氣混合加壓站以高爐煤氣為主，以焦?fàn)t煤氣為輔，高爐煤氣熱值約750KJ/m3，焦?fàn)t煤氣熱值約4000 KJ/m3。
　　煤氣熱值自動(dòng)控制為串級(jí)、交叉限幅調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán)，加入了高焦煤氣單交叉限幅。焦?fàn)t煤氣流量的設(shè)定值不單單取決于熱值調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)MV，而且受到高爐煤氣流量的瞬時(shí)值的限制，即按高、焦理論配比值求出應(yīng)配焦?fàn)t煤氣流量值，乘以1.05和0.95作為MV的上、下限幅值MH1、ML1。
　　該控制思想一則使焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量不至于過大，從而使高焦配比值在小范圍內(nèi)波動(dòng)；二則使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)






PLC AO模板輸出4-20mA信號(hào)給變頻器，控制交流變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)熱值。


　　2、 高爐煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)控制

　　3、 焦?fàn)t煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)控制

　　4、 回流閥自動(dòng)調(diào)節(jié)

　　上述3個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)都是單回路PID控制系統(tǒng)。當(dāng)測(cè)量值與設(shè)定值有偏差時(shí)，PLC經(jīng)計(jì)
算輸出一個(gè)4-20mA控制信號(hào)，控制調(diào)節(jié)閥的開度。





　　五、 系統(tǒng)調(diào)試
　　1、 在工控機(jī)內(nèi)安裝好網(wǎng)卡，設(shè)定好所有參數(shù)。將與PLC的通訊線接好，通過RSLinx
軟件檢測(cè)在線節(jié)點(diǎn)。
　　2、 下載梯形圖程序，初始調(diào)試階段，PLC會(huì)出現(xiàn)故障信息，在RSLogix5000中的
Controller properties 中的Major faults/Minior faults中會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息，可以幫助快速處理故障。
　　3、 在PID功能塊的調(diào)試中，Loop Update Time不能為零，否則下載程序肯定出錯(cuò)。
　　4、 調(diào)試中要靈活運(yùn)用AFI和TND指令。前者可以暫時(shí)中斷所在行執(zhí)行，后者可以使
控制器停止掃描所在梯級(jí)后面程序。
　　5、 對(duì)于壓力、流量等被調(diào)參數(shù)來說，對(duì)象調(diào)節(jié)通道時(shí)間常數(shù)T0較小，而負(fù)荷又變化
較快，這時(shí)微分作用和積分作用都要引起振蕩，對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量影響很大，故不采用微分調(diào)節(jié)規(guī)律。因此，高爐煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)控制、焦?fàn)t煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)控制、回流閥自動(dòng)調(diào)節(jié)都采用PI調(diào)節(jié)。P值越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，I值越小，積分作用越強(qiáng)。
　　6、 對(duì)于溫度、成分等測(cè)量通道和調(diào)節(jié)通道的時(shí)間常數(shù)較大的系統(tǒng)來說，采用微分規(guī)律
　　這種超前作用能夠起到較好的效果。由于熱值檢測(cè)的慣性滯后，PID中加入了微分調(diào)節(jié)規(guī)律。
　　六、結(jié)束語(yǔ)
　　該系統(tǒng)自投運(yùn)以來，在生產(chǎn)正常的情況下，熱值穩(wěn)定在3500左右，壓力穩(wěn)定在13.5KPa左右，完全滿足了用戶的要求，同時(shí)變頻運(yùn)行于30-40Hz左右，泄放閥一般處于關(guān)閉狀態(tài)，大大減少了泄放煤氣量和凈焦煤氣量，達(dá)到了預(yù)期的安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗的目的。