ControlLogix控制系统在煤气加压站中的应用

ControlLogix控制系统在煤气加压站中的应用2008-12-1814:48:00来源：中国自动化网邯钢集团自动化部工程中心李付民摘要：本文介绍了罗克韦尔自动化公司的ControlLogix控制系统在煤气加压站中的应用，详细地叙述了该系统的硬件配置、软件功能、参数控制原理以及编程调试思想，本案是自动化组态软件在生产过程控制中的一个典型应用实例。该自控系统投入运行后，控制性能良好，使用、维护方便，为生产线高效稳定地运行提供了可靠的保障。关键词：ControlLogix煤气自动调节硬件配置软件功能1引言2000年邯钢从德国克虏伯公司拆回二手设备燃气轮机，主要消耗能源为混合煤气。第9煤气加压站5#、6#加压机将焦炉煤气加压到0.2Mpa，与高炉煤气混合后向燃气轮机提供热值为3500±50KJ/Nm3的混合高压煤气，推动燃气轮机做功，并向热风炉输送一定压力和流量的冷风。底层控制装置选用了美国罗克韦尔自动化公司的ControlLogixL5550系列控制平台，它具有良好的稳定性、扩展性、软硬件的开放性以及友好的人机界面。其它主要测控设备有鞍山UNION公司的热值仪和西门子公司的变频器等。2硬件构成2.1系统的拓扑架构图1控制系统的拓扑架构图1中示出了该系统的拓扑架构，该系统的核心部分主要由ControlLogixL5550控制器、工业PC机和ControlNet冗余数据通讯网络构成。1756-CNBR为ControlNet冗余通讯模板。1784-KTCX15为安装在工控机内的通讯卡，具有双通道信号输入。1786-CP为通讯电缆，1786-TPR为同轴电缆分支器。2.2ControlLogixL5550控制器的硬件配置该控制器的硬件配置如图2所示。图2ControlLogixL5550控制器的硬件配置1756-PA72：电源模板;1756-L55M14：CPU模板;1756-CNBR：冗余通讯模板;1756-IF16：模拟量输入模板;1756-IR6I：热电阻输入模板;1756-OF8：模拟量输出模板;1756-IB32：数字量输入模板;1756-OB32：数字量输出模板。I/O模板种类繁多，具有可拆卸端子、带电插拔、分变则报、自诊断、时间标记、模块标识、闪存升级、电子保险、单独隔离等功能。2.3数据通讯网络的构成Logix5000系列产品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太网等数据通信网络架构。该系统采用了ControlNet冗余通讯网络，它具有独特、先进、高效的Producer/Consumer技术，冗余、开放、高速、实时、对等地传递数据信息，网络传输速率最高达5Mb/s。ControlNet有着严密的通讯协议和数据传送逻辑，具有高度的确定性。工控PC机内安装通讯卡，与控制器之间通过ControlNet网进行通讯。通过Rslinx网络通讯软件可以方便地设定内存地址、站地址、中断号等参数。加压站的实时控制网通过1784-KTCX网卡与1756-CNBR/D通讯模板互相连接。1756-CNBR/D冗余模板联结两条网络主干线，通讯模板随时监听并检验两条传输通道上的数据传输。3软件概述3.1系统软件配置操作系统为WindowsNT6.0中文版+SP6a，监控组态软件为RSView326.3中文版，编程软件为Rslogix5000V11.11，网络通讯软件为RSLinxV2.2，利用它所提供的OPC接口进行数据采集。3.2应用软件功能(1)RSView326.3提供了建立有效监视以及管理系统的全套工具，它是以MFC（微软基础类库），COM（组件对象模型）组件技术的软件包。它具有绘图及动画、安全防护功能、报警功能、记录功能、趋势功能、事件检测功能、与先进的OPC协议完全兼容、ActiveX、VBAScript(脚本)语言等丰富的功能，使得软件设计人员开发功能完善、控制内容灵活的人机界面游刃有余。煤气混合站和加压站操作站的主要画面包括：工艺流程图、实时数据表、控制调节画面、实时趋势、历史趋势、报警画面、数据报表以及屏幕打印等。主要监控画面如图3所示。图3煤气混合加压站的主要监视画面(2)RSLogix5000梯形图软件编程包，有灵活易用的编辑功能，通用的操作画面，诊断和纠错工具。程序数据库中有控制器标签Controllertag和程序标签Programtag两种。与以往的SLC500系列产品相比，所有数据采集无须编程，直接读取模板地址对应的输入数值即可。(3)RSLinx软件实现上下位数据库之间的连接，ControlNet网络连通后，以OPC数据交换方式在RSLinx软件中建立Topic，选定相应的Topic建立上位数据库，RSView32软件所有人机交互功能即可实现。4主要控制功能4.1煤气热值自动调节热值是主要质量指标之一。煤气混合加压站以高炉煤气为主，以焦炉煤气为辅，高炉煤气热值约750KJ/Nm3，焦炉煤气热值约4000KJ/Nm3。煤气热值自动控制为串级、交叉限幅调节系统，如图4所示；控制软件中的该串级调节器如图5所示。该调节系统以热值调节为主环，焦炉煤气流量调节为副环，加入了高焦煤气单交叉限幅。焦炉煤气流量的设定值不单单取决于热值调节器输出信号MV(即图4中的CV1)，而且受到高炉煤气流量的瞬时值的限制，即按高、焦理论配比值求出应配焦炉煤气流量值，乘以1.05和0.95作为MV的上、下限幅值MH1、ML1。按照该控制思想，一方面使焦炉煤气流量调节器的调节量不至于过大，从而使高焦配比值在小范围内波动；另一方面则使主环调节器不至于产生调节饱和，加快了滞后较大的主环的动态响应，改善了系统的调节品质。图4混合煤气热值/焦炉煤气流量串级调节系统方框图图5控制软件中的混合煤气热值/焦炉煤气流量串级调节器ControlLogix控制器的AO模板输出4-20mA信号至变频器，通过变频器调节两台加压机的转速，改变高炉煤气与焦炉煤气的配比，从而达到调节热值的目的。(1)高炉煤气压力自动调节;(2)焦炉煤气压力自动调节;(3)回流阀自动调节。上述3个调节回路都是单回路PID控制系统。当测量值与设定值有偏差时，该控制器经计算输出一个4-20mA控制信号，控制调节阀的开度。煤气混合站的上述4个调节器的操作监视画面如图6所示。图6煤气混合站的4个调节器操作监视画面5系统调试(1)在工控机内安装好通讯网卡，设定好所有参数。将与PLC的通讯线接好，通过RSLinx软件检测在线节点。(2)下载梯形图程序，初始调试阶段，PLC会出现故障信息，在RSLogix5000中的Controllerproperties中的Majorfaults/Minorfaults中会出现错误信息，可以帮助快速处理故障。(3)在PID功能块的调试中，LoopUpdateTime(回路刷新时间)不能为零，否则下载程序肯定出错。(4)调试中要灵活运用AFI和TND指令。前者可以暂时中断所在行的执行，后者可以使控制器停止扫描所在梯级后面的程序。(5)对于压力、流量等被调参数来说，对象调节通道时间常数T0较小，而负荷又变化较快，这时微分作用和积分作用都容易引起振荡，对调节品质影响较大，故不采用微分调节规律。因此，高炉煤气压力自动调节、焦炉煤气压力自动调节、回流阀自动调节都采用PI调节方式。P值愈大，比例调节作用愈强；I值愈小，积分作用愈强（即达到目标值愈快——编者注）。(6)对于温度、成分等测量通道和调节通道的时间常数较大的系统来说，采用微分调节律，微分的超前作用能够起到较好的效果。由于热值检测的惯性滞后，PID中加入了微分调节规律。6结束语该系统自投运以来，在生产正常的情况下，热值稳定在3500KJ/Nm3左右，压力稳定在13.5Kpa左右，完全满足了用户提出的工艺要求。同时输出给变频器的电流信号平稳波动，煤气超压泄放阀一般处于关闭状态，大大减少了煤气泄放量，达到了安全生产、提高产品质量和节能降耗的目的。