基于西門子PLC的煤氣回收控制系統

　　1 引言

　　焦爐煤氣回收系統主要由煤氣柜和減壓站組成，在實現了焦爐煤氣的回收再利用的同時，還對節能環保及穩定用戶管網壓力起到了重要作用。基于西門子plc的回收控制系統主要包括氣柜的油泵控制、柜內壓力控制、柜容控制、活塞速度控制、減壓站的自動減壓、工藝參數顯示等功能。

　　2 硬件配置

　　2.1 控制站

　　氣柜控制站選用siemens s7-400h plc冗余控制系統。包括兩個414-4hcpu，2塊冗余電源模板，2塊冗余cp443網卡。正常運行時一臺cpu(主)參與控制，另一臺cpu(備)通過同步模塊與之同步，當檢測到主cpu、機架、電源、通訊等故障發生時，備cpu立即投入控制而不影響生產控制的連續性。

　　氣柜控制站采用了遠程i/o模式，根據i/o點的實際數量配置了2個et200m智能遠程i/o站，遠程智能i/o站與控制器采用冗余profibus總線通訊。減壓控制站選用siemens s7-200 plc控制系統，并安裝人機界面用于本地操作和設置相關參數。減壓控制站使用em277與氣柜控制站實現網絡通訊，氣柜控制站為系統主站。

　　2.2 系統網絡

　　整個系統網絡分為現場級、控制級、監控級三級，系統網絡結構如圖1。現場級使用profibus dp冗余現場總線進行通訊，主要實現s7-400h主站和遠程智能從站之間的數據傳輸，采用西門子雙絞線傳輸速率高達12mbps。控制級實現s7-400 plc和s7-200plc之間數據交換，使用profibus dp總線進行通信，s7-400 plc冗余profibus dp總線與s7-200plc單總線使用y-link轉換模塊進行總線自動轉換，總線使用光纖介質傳輸，通訊速率快。監控級采用西門子sclancs交換機構成冗余的工業以太網環網，實現工程師站(es)、操作員站(os)與現場控制站(as)的連接通訊，通訊速率可達100mbps，2臺操作站與as站共形成4條冗余iso協議連接，提高了系統網絡可靠性。

　　2.3 hmi

　　hmi(人機接口)是生產操作人員對生產過程實施監控的窗口。本例使用兩臺熱備方式的操作員站，其中一臺同時作為工程師站，操作員站的熱備提高了系統的可靠性。hmi硬件系統采用研華工控機并配置了具有數據冗余功能的cp1613網卡，軟件使用西門子wincc組態軟件。hmi實現了對工藝參數的集中顯示、故障報警、數據記錄、設備操作。

　　3 控制系統原理

　　3.1 設計方案

　　本系統采用step7 v5.3和micro -win step7軟件在windows 2000平臺下開發，編程靈活方便。軟件采用模塊化編程結構，整個控制系統包括煤氣柜控制和減壓站控制兩大部分。煤氣柜控制部分分別完成油泵、煤氣管道電動蝶閥與煤氣放散閥、煤氣調節閥等設備的控制與聯鎖保護、工藝參數檢測與報警功能。受控設備設計為現場手動和集中控制兩種控制方式。集中控制包括設備單動和設備聯動自動兩種控制方式，在集中控制方式下操作人員在hmi畫面上進行單動操作和聯動自動方式選擇。減壓站控制通過調節三臺壓力調節閥，實現壓力降壓穩壓功能，主要有手動、自動、遠控三種操作模式。

　　3.2 進氣調節閥pid控制

　　在煤氣管道上設有一煤氣調節閥，通過調節進氣量實現對活塞速度的調節。本例的pid控制邏輯采用step7軟件集成的系統塊fb41實現。實踐中以活塞速度為控制值以閥門開度為控制對象加以適當地調整p、i參數即可。

　　3.3 油泵控制

　　該煤氣柜設有8臺油泵用于密封油的循環。8臺油泵分為4組，每組2臺(1主1輔可選)。每臺泵控制要求相同。在單動方式下，油泵的啟停控制是操作員在hmi畫面上完成的。在聯動方式下，油泵的啟停控制與油箱油位聯鎖，而無需操作員干預。圖2示出在集控方式下油泵的控制邏輯。

　　3.4 降壓穩壓自動調節

　　降壓穩壓自動調節起保證管網煤氣壓力穩定和將高壓煤氣轉為低壓煤氣的作用。該功能使用s7-200plc完成，系統使用分程的pid自動調節，系統pid具有自整定功能。分程的pid對三臺調節閥進行控制，根據工況三臺調節閥按順序開關。采用分程調節擴大了系統調節范圍，提高了調節精度。

　　3.5 柜高自動調節

　　柜高自動調節主要起保障煤氣柜在安全高度范圍運行。系統采用模糊控制算法通過控制減壓站的壓力穩定值進行控制。模糊控制根據實際專家經驗進行推導算出不同工況下的壓力設定值，減壓站根據模糊算法結果進行變參數pid調節。煤氣柜柜體壓力設計為11kpa，氣柜高75米，氣柜柜高正常控制在50米，此時遠程站調壓設定壓力為11kpa。當煤氣用戶的煤氣用量增大時，氣柜柜高就會下降，當氣柜高度下降到45米時，主站就會將設定壓力改為11.6kpa，此時氣柜高度就會隨著管網壓力的上升而上升。當氣柜高度上升到50米時，主站就會將設定壓力改為11kpa。當氣柜高度繼續上升到55米時，主站就會將設定壓力改為10.5kpa，此時氣柜高度就會隨著管網壓力的下降而下降。這樣，柜高自動調節采用模糊控制既保證了煤氣管網壓力，使用戶得到了基本穩定的煤氣壓力;又保證了煤氣柜的柜高，使煤氣氣源不充足的時候，短時間緩解管網煤氣量。這種控制有效的保證了生產的安全性。

　　3.6 數據組織與報警

　　系統實現了包括co濃度、壓力、溫度、柜容、柜高、管網壓力等模擬量的數據轉化與顯示;油泵運行、閥位狀態、油箱液位開關狀態等數字量的采集與顯示;與其他控制系統的通訊數據組織;重要參數聲光報警;重要數據的歷史(實時)趨勢。

　　4 結束語

　　本控制系統以plc為核心，實現了煤氣回收生產工藝的自動控制。該系統經過調試運行證明，系統自動化程度高，控制穩定可靠，操作直觀方便，得到了用戶的一致好評。具有很好的應用前景。