供稿|苗貴倉(cāng)/ MIAO Gui-cang

內(nèi)容導(dǎo)讀

文章闡述了施耐德Quantum PLC控制系統(tǒng)在邯鋼西區(qū)焦化廠的應(yīng)用,對(duì)以中央控制室為中心,與備煤、篩焦、1#和2#焦?fàn)t、3#和4#焦?fàn)t、1#和2#焦?fàn)t地面除塵站、3#和4#焦?fàn)t地面除塵站、篩焦樓除塵、轉(zhuǎn)運(yùn)站除塵等8個(gè)崗位組成的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,對(duì)各個(gè)崗位PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式和硬件模件的構(gòu)成進(jìn)行了詳細(xì)描述,對(duì)下位編程軟件UNITY PRO 3.0和上位監(jiān)控組態(tài)軟件CITECT 7.0在CS網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)中的作用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,該系統(tǒng)的成功使用為操作人員配備提供了寬松條件,并為各個(gè)工藝流程的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

邯鋼西區(qū)焦化項(xiàng)目 2007 年開(kāi)始籌建,歷經(jīng)2年,于 2009 年全部投產(chǎn).西區(qū)煤焦綜合控制系統(tǒng)采用了施耐德的 Quantum PLC 系列產(chǎn)品,監(jiān)控范圍包括 4 座 7 m 焦?fàn)t、備煤系統(tǒng)、篩焦系統(tǒng)、1# 和 2# 焦?fàn)t地面除塵站、3# 和 4# 焦?fàn)t地面除塵站、轉(zhuǎn)運(yùn)站除塵和篩焦樓除塵等幾部分,實(shí)現(xiàn)各崗位工藝設(shè)備的控制和操作、參數(shù)監(jiān)視和記錄等任務(wù),滿(mǎn)足各崗位操作人員的操作要求,并為工藝技術(shù)人員提供準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)工藝流程圖和可靠數(shù)據(jù),滿(mǎn)足對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的分析和計(jì)算要求.

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

煤焦綜合控制系統(tǒng)以煤焦中央控制室為中心,主干網(wǎng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),通過(guò)赫斯曼交換機(jī)和多模光纖等工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,將 1# 和 2# 焦?fàn)t、3# 和 4# 焦?fàn)t、備煤、篩焦、1# 和 2# 焦?fàn)t地面除塵站、3# 和 4# 地面除塵站、轉(zhuǎn)運(yùn)站除塵、篩焦樓除塵等各個(gè)控制主站連接,實(shí)現(xiàn)服務(wù)器、各個(gè)操作站、各崗位 PLC 控制器的通訊,并完成各崗位工藝參數(shù)的控制、監(jiān)視和操作任務(wù).采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在任一點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)光纖損壞或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障的情況下,依然可以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的暢通和正常運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和操作站與各個(gè)崗位控制器的數(shù)據(jù)通訊,保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行和生產(chǎn)的順利進(jìn)行.通過(guò)巡檢各個(gè)交換機(jī)狀態(tài)可以快速發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn),及時(shí)處理.拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 1.

圖 1 煤焦綜合控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

備煤控制系統(tǒng)和篩焦控制系統(tǒng)因?yàn)榭刂凭嚯x遠(yuǎn),控制崗位分散,所以分別設(shè)置了一個(gè)本地站和三個(gè)遠(yuǎn)程站,采用了總線型雙網(wǎng)路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).備煤 PLC 控制器主站 (本地站) 在 2# 變電所,遠(yuǎn)程站有 1# 受煤 (遠(yuǎn)程站 1)、粉碎機(jī) (遠(yuǎn)程站 2)、3# 變電所 (遠(yuǎn)程站 3) 等,篩焦 PLC 控制器主站 (本地站) 在篩焦樓,遠(yuǎn)程站有 106 轉(zhuǎn)運(yùn)站 (遠(yuǎn)程站 1)、104 轉(zhuǎn)運(yùn)站 (遠(yuǎn)程站 2)、103 轉(zhuǎn)運(yùn)站 (遠(yuǎn)程站 3) 等.

本地機(jī)柜的各個(gè)機(jī)架,通過(guò)本地站遠(yuǎn)程 I/O 模塊,遠(yuǎn)程機(jī)架遠(yuǎn)程 I/O 模塊,遠(yuǎn)程 I/O 電纜分支器和同軸電纜,使用雙路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接.本地機(jī)架與遠(yuǎn)程機(jī)架的連接,使用兩對(duì) RIO 光纖中繼器和雙路多模光纖的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接.雙路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),大大提高了各個(gè)機(jī)架間網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 2.

圖 2 備煤控制系統(tǒng)和篩焦控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備包括:

主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:交換機(jī) (赫斯曼交換機(jī) RS20-0800,RS20-2400,RS20-1600,RS20-0400),多模光纖,光纖終端盒等.

子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:

RIO 光纖中繼器 490NRP95400

遠(yuǎn)程 I/O 電纜分支器:MA0185100

遠(yuǎn)程 I/O 電纜分離器:MA0186100

多模光纖,光纖終端盒等.

PLC 控制系統(tǒng)

焦?fàn)t、備煤、篩焦控制系統(tǒng)因?yàn)槠渖a(chǎn)的連續(xù)性和重要性,控制站均采用了 CPU、電源、網(wǎng)絡(luò)冗余的硬件結(jié)構(gòu).每個(gè)系統(tǒng)的 CPU 采用了兩個(gè) 140CPU67160 高端處理器,通過(guò)兩個(gè) CPU 的熱備光纖接口、使用熱備光纖將兩個(gè) CPU 連接,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CPU互為熱備運(yùn)行,正常情況下,一個(gè)作為主 CPU,處于運(yùn)行狀態(tài),一個(gè)為輔 CPU,處于熱備狀態(tài),當(dāng)主 CPU 出現(xiàn)故障時(shí),熱備 CPU 無(wú)擾切換為主 CPU,保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行.機(jī)架電源采用了 140CPS12420 冗余電源模塊,每個(gè)機(jī)架配備兩塊冗余電源模塊,當(dāng)一塊電源模塊出現(xiàn)故障時(shí),仍然可以保證本機(jī)架的正常供電,確保各模板的運(yùn)行.

主機(jī)架遠(yuǎn)程 I/O 模塊采用 140CRP93200,各個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)架遠(yuǎn)程 I/O 模塊采用 140CRA93200.本地機(jī)柜的機(jī)架,通過(guò)遠(yuǎn)程 I/O 電纜分支器和同軸電纜,使用雙路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接.本地機(jī)架與遠(yuǎn)程機(jī)架的連接,使用兩對(duì) RIO 光纖中繼器和雙路多模光纖的雙網(wǎng)路結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接. 這種硬件結(jié)構(gòu),保證了各個(gè)控制站系統(tǒng)的 CPU 冗余,電源冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余,確保了各個(gè)控制系統(tǒng)在各種情況下的安全穩(wěn)定運(yùn)行.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3.

圖 3 PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1# 和 2# 焦?fàn)t地面除塵站、3# 和 4# 焦?fàn)t地面除塵站、轉(zhuǎn)運(yùn)站除塵、篩焦樓除塵等崗位,考慮到其對(duì)生產(chǎn)影響的次要性和生產(chǎn)的非連續(xù)性,控制系統(tǒng)采用了相對(duì)廉價(jià)的非冗余硬件結(jié)構(gòu).CPU 采用了 Quantum PLC 的新型 CPU 模塊 140CPU65150,電源模塊采用了 140CPS11420,本地各機(jī)架的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)與備煤、篩焦和焦?fàn)t相同,主機(jī)架遠(yuǎn)程 I/O 模塊采用 140CRP93200,各個(gè)子機(jī)架遠(yuǎn)程I/O模塊采用 140CRA93200 通過(guò)遠(yuǎn)程 I/O 電纜分支器和同軸電纜組成雙路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).通過(guò) CPU 的 RJ-45 接口連接于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī),與煤焦中控室的服務(wù)器和操作站實(shí)現(xiàn)通訊.

1# 濕法熄焦和 2# 濕法熄焦 CPU 采用了Quantum140-CPU-X13-0X 模塊,電源模塊采用了140CPS114X0,通過(guò)以太網(wǎng)模塊 140NOE77101 和光纖與中控室的服務(wù)器進(jìn)行通訊.PLC 控制系統(tǒng)硬件設(shè)備包括以下設(shè)備.

機(jī)架 140 XBP 00600

140 XBP 01000

電源 140 CPS 12420

CPU 140 CPU 67160

遠(yuǎn)程 RIO 模塊 140 CRP 93X00

140 CRA 93X00

以太網(wǎng)通訊模塊:140 NOE 77101

DI 模塊 140 DDI 35300

DO 模塊 140 DDO 35300

AI 模塊 140 ACI 04000

AO 模塊 140 ACO 13000

機(jī)架 140 XBP 00600

140 XBP 01600電源 140 CPS 12420 CPU 140 CPU 67160遠(yuǎn)程 RIO 模塊 140 CRP 93X00 140 CRA 93X00 DI 模塊 140 DAI75300 DO 模塊 140 DAO 85300 AI 模塊 140 ACI 03000 ARI 模塊 140 ARI 03000

機(jī)架:140 XBP 01600

電源 140 CPS 11420

CPU 140 CPU 67150

遠(yuǎn)程 RIO 模塊 140 CRP 93X00 140 CRA 9X200 DI 模塊 140 DAI75300 DO 模塊 140 DAO 85300 AI 模塊 140 ACI 03000 ARI 模塊 140 ACO 02000

編程軟件系統(tǒng)

下位編程軟件采用了 Unity pro XL3.0,上位監(jiān)控采用了 Vijeo Citect 7.0.

上位機(jī)與各個(gè) CPU 的通訊由上位軟件 Vijeo Citect 7.0 組態(tài)的兩臺(tái)互為冗余的服務(wù)器實(shí)現(xiàn),通過(guò)上位監(jiān)控軟件組態(tài)形成服務(wù)器-客戶(hù)端 (CS) 網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu).各個(gè)服務(wù)器和客戶(hù)端均可以通過(guò) Unity pro XL3.0 軟件,通過(guò)訪問(wèn)各個(gè)控制站中 CPU 不同的網(wǎng)絡(luò)地址,與環(huán)形網(wǎng)中的任意 CPU 實(shí)現(xiàn)通訊,完成編程,調(diào)試和投運(yùn)任務(wù).兩臺(tái)互為冗余的服務(wù)器,由上位軟件 Vijeo Citect 7.0 組態(tài)成 IP 地址相連的主從服務(wù)器結(jié)構(gòu),當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障或停運(yùn)時(shí),從服務(wù)器無(wú)擾動(dòng)自動(dòng)切換為主服務(wù)器,保證整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行.

客戶(hù)根據(jù)各個(gè)操作崗位的任務(wù)分工,建立滿(mǎn)足本崗位需要的 I/O 變量,趨勢(shì)變量和報(bào)警變量,并最終將各個(gè)崗位的變量集中整合到服務(wù)器中的 I/O變量,趨勢(shì)變量和報(bào)警變量中去,服務(wù)器中通過(guò)建立不同的 IODev 和對(duì)應(yīng)的 IP 地址,完成為不同崗位的客戶(hù)端分別提供數(shù)據(jù)的服務(wù).客戶(hù)端可以設(shè)置不同的監(jiān)控范圍和操作權(quán)限,將操作人員分為操作工、工長(zhǎng)和工程師三個(gè)操作級(jí)別,滿(mǎn)足不同級(jí)別的操作要求.

結(jié)束語(yǔ)

施耐德 Quantum PLC 控制系統(tǒng)在邯鋼西區(qū)焦化的成功應(yīng)用,滿(mǎn)足了四座焦?fàn)t、備煤工藝流程、篩焦工藝流程、焦?fàn)t地面除塵、篩焦樓除塵、轉(zhuǎn)運(yùn)站除塵等崗位工藝參數(shù)的監(jiān)視、控制、操作要求.CS 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使得系統(tǒng)維護(hù)人員在服務(wù)器上就可以集中訪問(wèn)和修改各個(gè)崗位的程序、畫(huà)面等,不僅方便了系統(tǒng)維護(hù)工作,也為將來(lái)二級(jí)、三級(jí)系統(tǒng)的建立提供了基礎(chǔ).中央控制室的集中設(shè)置,方便了各崗位操作人員相互交流,同時(shí)為生產(chǎn)工藝技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的集中分析提供了方便,得到了各崗位操作人員和分廠技術(shù)人員的認(rèn)可,并大大減少了操作人員,為生產(chǎn)人員配備提供了寬松的條件.系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái),運(yùn)行穩(wěn)定,為各個(gè)工藝流程的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).