Profibus—DP現場總線在煤氣回收改造中的應用

1 引言

萊鋼集團股份公司所屬煉鋼廠是該公司支柱單位，應生產要求，對原煤氣回收自控系統進行改造，原有的煤氣回收自控系統于1998年投運，采用德國siemens公司的s5 plc系統，上位機采用研華ipc—610（p166），mmi系統采用fix dmacs監控軟件，并采用以同軸電纜為介質，基于tf協議的sinec h1的以太網通訊網絡如圖1所示。

原系統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） 網絡設計為環狀結構，維護難度大;
（4） 編程環境基于dos，無法與高級監控平臺接口。
2 系統介紹

此次系統改造除考慮將plc升級之外，還要將環狀網絡改為星狀結構，用profibus-dp現場總線。控制方式采用現場總線控制方式適于轉爐煤氣回收現場分散的控制設備性以及惡劣的現場環境。

plc采用siemens公司s7-300，監控站采用研華piii系列。plc與上位機則采用了基于tcp/ip協議、星型拓撲結構的以太網通訊方式。星型連接的拓撲結構使得網絡的可靠性、擴充性更強;由于網絡走線距離長，通訊介質采用光纜，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。為了能夠適應惡劣的工業環境，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場設備的信號采集。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總線協議的cpu 315-2 dp 1塊、支持tcp/ip通訊協議的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模塊則用于現場控制。

（2） turck系統硬件配置為:
（a） 現場控制:
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座轉爐爐前控制系統的硬件配置相同，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 計算機系統軟件編制

整個煤氣回收生產過程工藝流程圖如圖3所示。
整個煤氣回收生產過程的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。監控站系統采用wincc監控軟件.

3.1 程序的編制和結構

本著控制程序應當簡潔，安全可靠，易讀，可修改性質等要求，采用模塊化編程結構，完成控制程序的結構功能框圖, 控制程序的結構功能框圖如圖4所示，根據分配的系統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） 數據預處理程序
完成開關量和模擬量數據、二次處理和一些工程量轉換等。
（3） 報警和事故處理程序
完成風機電流以及其它重要過程參數的監測報警和事故的緊急處理。
（4） 煤氣回收、放散過程控制程序
完成正常生產過程中煤氣回收，放散過程中的設備運作聯鎖控制和回路調節控制。
（5） 生產數據統計:對回收、吹氧、降罩等重要生產行為的數據進行統計。
（6） 風機運行控制:可完成對4臺風機以及相關負數設備的自動化控制。

3.2 操作界面組態設計

監控操作界面采用siemens 公司的基于windows 2000平臺的wincc軟件包，它是一套提供現場數據采集，過程可視化及過程監控功能的工業自動化軟件。其自身的數據庫容量大，并且可用c語言編程。

根據工藝要求,編制工藝流程圖、實時趨勢圖、歷史趨勢圖、報警圖等，再把數據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、綜合的反映復雜的動態生產過程，按鈕、信號燈、閥位、溫度及流量信號一目了然。該系統有工藝流程圖1幅、生產監控圖5幅、實時趨勢圖6幅、歷史趨勢圖3幅、報警圖2幅,有代表性的監控圖如圖5、圖6所示。

4 結束語

profibus總線技術已經正式作為我國的一種工業控制標準，其規范和高效性是顯而易見的，在萊鋼集團也是首次采用，至今運行穩定，隨著該集團的工業發展和profibus良好的運行性能，必將會被大量采用，高效服務于工業。