ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践

ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践ABControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践摘要：本文翔实地介绍了A-B公司ControlLogix控制系统在煤气加压站应用中的硬件构成、软件功能、参数控制原理以及编程调试思想，是自动化组态软件在生产实际中的典型应用。该自控系统投入运行后，控制性能良好，使用方便简洁，为生产高效稳定运行提供了良好可靠的自动化保障。一、项目背景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。第九煤气加压站5#、6#加压机将焦炉煤气加压到0.2Mpa，经与高炉煤气混合后向燃气轮机提供热值在3500±50KJ/cm3的混合高压煤气，推动燃气轮机做功，向热风炉输送一定压力和流量的冷风。计算机控制系统选用了美国ROCKWELL公司的ControlLogixL5550系列产品，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。其它主要设备有鞍山UNION公司热值仪，德国西门子变频器等。二、硬件构成1、系统构成ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践图中，1756-CNBR为ControlNet冗余通讯模板。R是redundance（冗余）的缩写。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、PLC组成ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践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。3、网络组成Logix5000系列产品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太网等网络结构。煤气加压站采用了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，网络传输速率达5MB/S。ControlNet能够可靠预测数据何时发送，具有高度的确定性。工控机内安装通讯卡，型号为1784-KTCX，与PLC之间通过ControlNet网进行通讯。通过Rslinx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。ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践1756-CNBR/D冗余模板联结两条网络主干线，通讯模板随时监听两条传输通道上的数据传输并检验。三、软件1、系统软件：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接口进行采集数据。2、应用软件2.1、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规约完全兼容、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。煤气加压站操作站主要功能包括：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。主要监控画面如下：ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践2.2、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Programtag标签两种。与以往的SLC500系列产品相比，所有数据采集无须编程，直接读取模板地址即可。2.3、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。四、主要控制功能1、煤气热值自动控制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/m3，焦炉煤气热值约4000KJ/m3。煤气热值自动控制为串级、交叉限幅调节系统。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，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、ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践ML1。该控制思想一则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；二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。ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践PLCAO模板输出4-20mA信号给变频器，控制交流变频电机转速调节热值。2、高炉煤气压力自动调节控制3、焦炉煤气压力自动调节控制4、回流阀自动调节上述3个自动调节都是单回路PID控制系统。当测量值与设定值有偏差时，PLC经计算输出一个4-20mA控制信号，控制调节阀的开度。ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践五、系统调试1、在工控机内安装好网卡，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/Miniorfaults中会出现错误信息，ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践可以帮助快速处理故障。3、在PID功能块的调试中，LoopUpdateTime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执行，后者可以使控制器停止扫描所在梯级后面程序。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要引起振荡，对调节质量影响很大，故不采用微分调节规律。因此，高炉煤气压力自动调节控制、焦炉煤气压力自动调节控制、回流阀自动调节都采用PI调节。P值越大，比例调节作用越强，I值越小，积分作用越强。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，采用微分规律这种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。ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践六、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3500左右，压力稳定在13.5KPa左右，完全满足了用户的要求，同时变频运行于30-40Hz左右，泄放阀一般处于关闭状态，大大减少了泄放煤气量和净焦煤气量，达到了预期的安全生产、提高产品质量、节能降耗的目的。ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践2.2、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Programtag标签两种。与以往的SLC500系列产品相比，所有数据采集无须编程，直接读取模板地址即可。2.3、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。四、主要控制功能1、煤气热值自动控制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/m3，焦炉煤气热值约4000KJ/m3。煤气热值自动控制为串级、交叉限幅调节系统。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，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。ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践