ControlLogix控制系統在煤氣加壓站的應用實踐

摘要：本文翔實地介紹了A-B公司ControlLogix控制系統在煤氣加壓站應用中的硬件構成、軟件功能、參數控制原理以及編程調試思想，是自動化組態軟件在生產實際中的典型應用。該自控系統投入運行后，控制性能良好，使用方便簡潔，為生產高效穩定運行提供了良好可靠的自動化保障。
　　一、 項目背景
　　2000年邯鋼從德國克虜伯公司拆回二手設備燃氣輪機，主要消耗能源為混合煤氣。第九煤氣加壓站5#、6#加壓機將焦爐煤氣加壓到0.2Mpa，經與高爐煤氣混合后向燃氣輪機提供熱值在3500±50KJ/cm3的混合高壓煤氣，推動燃氣輪機做功，向熱風爐輸送一定壓力和流量的冷風。計算機控制系統選用了美國ROCKWELL公司的ControlLogix L5550系列產品，它具有良好的穩定性、擴展性、軟硬件的開放性以及友好的人機界面。其它主要設備有鞍山UNION公司熱值儀，德國西門子變頻器等。
　　二、 硬件構成
　　1、 系統構成




　　圖中，1756-CNBR為ControlNet冗余通訊模板。R是redundance（冗余）的縮寫。1784-KTCX15為安裝在工控機內的通訊卡，具有雙通道信號輸入。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：數字量輸入模板 1756-OB32：數字量輸出模板
　　I/O模板種類繁多，具有可拆卸端子、帶電插拔、分變則報、自診斷、時間標記、模塊
標識、閃存升級、電子保險、單獨隔離等功能。
　　3、 網絡組成
　　Logix5000系列產品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太網等網絡結構。煤氣加壓站采用了ControlNet冗余通訊網絡，它具有獨特、先進、高效的Producer/Consumer技術，冗余、開放、高速、實時、對等地傳遞數據信息，網絡傳輸速率達5MB/S。ControlNet能夠可靠預測數據何時發送，具有高度的確定性。
　　工控機內安裝通訊卡，型號為1784-KTCX，與PLC之間通過ControlNet網進行通訊。通過Rslinx軟件可以方便地設定內存地址、站地址、中斷號等參數。加壓站的實時控制網通過1784-KTCX網卡與1756-CNBR/D通訊模板互相連接。1756-CNBR/D冗余模板聯結兩條網絡主干線，通訊模板隨時監聽兩條傳輸通道上的數據傳輸并檢驗。
　　三、 軟件
　　1、 系統軟件：操作系統為Windows NT6.0中文版+SP6a，監控組態軟件為RSView32 6.3中文版，編程軟件為Rslogix5000 V11.11，網絡通訊軟件為RSLinx V2.2，利用它所提供的OPC接口進行采集數據。
　　2、 應用軟件
　　2.1、RSView32 6.3提供了建立有效監視以及管理系統的全套工具，它是以MFC（微軟
基礎類庫），COM（組件對象模型）組件技術的軟件包。它具有繪圖及動畫、安全防護功能、報警功能、記錄功能、趨勢功能、事件檢測功能、與先進的OPC規約完全兼容、ActiveX、VBA Script(腳本)語言等豐富的功能，使得軟件設計人員開發功能完善、控制內容靈活的人機界面游刃有余。
　　煤氣加壓站操作站主要功能包括：工藝流程圖、實時數據表、控制調節畫面、實時趨勢、歷史趨勢、報警畫面、數據報表以及屏幕打印等。主要監控畫面如下：

　　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，診斷和糾錯工具。程序數據庫中有控制器標簽Controller tag和程序Program tag標簽兩種。與以往的SLC500系列產品相比，所有數據采集無須編程，直接讀取模板地址即可。
　　2.3、RSLinx軟件實現上下位數據庫之間的連接，ControlNet網絡連通后，以OPC數據交換方式在RSLinx軟件中建立TOPIC，選定相應的TOPIC建立上位數據庫，RSView32軟件所有人機交互功能即可實現。
　　四、 主要控制功能
　　1、 煤氣熱值自動控制
熱值是主要質量指標之一。煤氣混合加壓站以高爐煤氣為主，以焦爐煤氣為輔，高爐煤氣熱值約750KJ/m3，焦爐煤氣熱值約4000 KJ/m3。
　　煤氣熱值自動控制為串級、交叉限幅調節系統。以熱值調節為主環，焦爐煤氣流量調節為副環，加入了高焦煤氣單交叉限幅。焦爐煤氣流量的設定值不單單取決于熱值調節器輸出信號MV，而且受到高爐煤氣流量的瞬時值的限制，即按高、焦理論配比值求出應配焦爐煤氣流量值，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爐煤氣流量調節器的調節量不至于過大，從而使高焦配比值在小范圍內波動；二則使主環調節器不至于產生調節飽和，加快了滯后較大的主環的動態響應，改善了系統的調節品質






PLC AO模板輸出4-20mA信號給變頻器，控制交流變頻電機轉速調節熱值。


　　2、 高爐煤氣壓力自動調節控制

　　3、 焦爐煤氣壓力自動調節控制

　　4、 回流閥自動調節

　　上述3個自動調節都是單回路PID控制系統。當測量值與設定值有偏差時，PLC經計
算輸出一個4-20mA控制信號，控制調節閥的開度。





　　五、 系統調試
　　1、 在工控機內安裝好網卡，設定好所有參數。將與PLC的通訊線接好，通過RSLinx
軟件檢測在線節點。
　　2、 下載梯形圖程序，初始調試階段，PLC會出現故障信息，在RSLogix5000中的
Controller properties 中的Major faults/Minior faults中會出現錯誤信息，可以幫助快速處理故障。
　　3、 在PID功能塊的調試中，Loop Update Time不能為零，否則下載程序肯定出錯。
　　4、 調試中要靈活運用AFI和TND指令。前者可以暫時中斷所在行執行，后者可以使
控制器停止掃描所在梯級后面程序。
　　5、 對于壓力、流量等被調參數來說，對象調節通道時間常數T0較小，而負荷又變化
較快，這時微分作用和積分作用都要引起振蕩，對調節質量影響很大，故不采用微分調節規律。因此，高爐煤氣壓力自動調節控制、焦爐煤氣壓力自動調節控制、回流閥自動調節都采用PI調節。P值越大，比例調節作用越強，I值越小，積分作用越強。
　　6、 對于溫度、成分等測量通道和調節通道的時間常數較大的系統來說，采用微分規律
　　這種超前作用能夠起到較好的效果。由于熱值檢測的慣性滯后，PID中加入了微分調節規律。
　　六、結束語
　　該系統自投運以來，在生產正常的情況下，熱值穩定在3500左右，壓力穩定在13.5KPa左右，完全滿足了用戶的要求，同時變頻運行于30-40Hz左右，泄放閥一般處于關閉狀態，大大減少了泄放煤氣量和凈焦煤氣量，達到了預期的安全生產、提高產品質量、節能降耗的目的。