淺談Quantum系列PLC及在安鋼新建大高爐工程中的應用
正文內(nèi)容：淺談Quantum系列PLC及在安鋼
新建大高爐工程中的應用
郝吉廷 王麗 付遂濤
摘要：本文介紹了Quantum系列PLC在冶金工業(yè)過程控制中的特點熙暴，說明了Quantum系列PLC廣泛的適應性秒咨，功能和安全的高可靠性卓缰，硬件和使用軟件的開放性计呈，高智能自動化控制水平，提高了生產(chǎn)效率和過程控制質(zhì)量征唬，極大程度上減輕了操作人員勞動強度震叮。
關鍵詞：Quantum系列PLC 硬件結(jié)構(gòu) 編程軟件 過程控制
一. 概述
本人有幸參加了安鋼2800 m3高爐建設工程中電氣設備安裝和施工驗收，通過幾個月的實踐學習和研究鳍鸵，我對該工程的基礎自動化的配置和特性有了一定的認識。
該工程基礎自動化包括電氣傳動自動化和儀表自動化尉间，其主要功能是對生產(chǎn)過程進行數(shù)據(jù)采集偿乖、順序控制、連續(xù)控制和監(jiān)控操作等哲嘲。操作人員通過HMI(人機接口)進行人機對話滨胰，修改過程參量和改變設備的運行狀態(tài)，監(jiān)視整個生產(chǎn)過程宁斋。
本工程基礎自動化系統(tǒng)由PLC控制器感栋、HMI人機界面、控制軟件及其相關的環(huán)形以太網(wǎng)絡組成慧男，同時提供了與進程計算機系統(tǒng)姥仍，實現(xiàn)安鋼一期2200 m3高爐系統(tǒng)，2800 m3系統(tǒng)和基礎自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口比摆∩笛溃基礎自動化系統(tǒng)的操作方式分為：
1)過程計算機設定方式
2)基礎自動化全自動方式
3)基礎自動化手動方式
4)機旁手動方式
安鋼兩座高爐的工程基礎自動化系統(tǒng)采用施耐德電氣公司Modicon Quantum系列PLC控制系統(tǒng)、100M Modbus TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)休台，采用環(huán)形冗余方式阐泻，通訊介質(zhì)采用單模光纖，增加了整個網(wǎng)絡的安全性征啦，可靠性及網(wǎng)絡的速度担急，同時使得大高爐區(qū)具有整體有機的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
二. 控制系統(tǒng)的構(gòu)成
1.硬件組成
本次選用的PLC數(shù)字量輸入模塊型號為140 DDI 353 00侠坎，配電電壓為DC24V蚁趁，輸入點數(shù)為32，每組點數(shù)為8個硅蹦，其運行電壓為15.0 …30Vdc荣德，數(shù)字量輸出模塊型號為140 DDO 353 00，配電電壓為DC24V童芹，輸出點數(shù)為32涮瞻，每組點數(shù)為8個鲤拿，運行電壓為15.0 …30Vdc。該輸出模塊直接驅(qū)動直流繼電器線圈署咽，利用繼電器接點和線圈實PLC與外部電路隔離的模式近顷，從而減少外部故障波及系統(tǒng)內(nèi)部，便于維護和檢修宁否。模擬量輸入模塊型號為140 ACI 040 00,輸入信號為4-20mA DC,輸入點數(shù)為16個, 模擬量輸出模塊型號為140 ACO 130 00,輸出信號為4-20mA DC,輸入點數(shù)為8個窒升。
2.I/O結(jié)構(gòu)簡介
Quantum自動化系列提供了一個高度靈活的結(jié)構(gòu)，確保性能價格比高慕匠。Quantum I/O能用于三種主要結(jié)構(gòu)以滿足控制系統(tǒng)要求：本地I/O饱须，分布式I/O及遠程I/O。無論你的要求是改進空間利用或減少安裝費用或高的性能或與HMI和主機的連通性隔阔，都能從Quantum I/O中找到一種符合要求的結(jié)構(gòu)果孝。PLC的另一新特點是能定義輸出模塊的故障狀態(tài)。
1)本地I/O結(jié)構(gòu)：
本地I/O能夠與CPU和電源裝在一個底板上贵式，最少有一個炼缰，最多有14個I/O。在本地I/O結(jié)構(gòu)中衬榕，最小的系統(tǒng)包括一個電源模塊脸婉，一個CPU模塊以及所需的若干個I/O模塊。本地I/O配置規(guī)則：
a.底板可用的模塊槽數(shù)(2,3,4,6,10,16共6種)杈夜。
b.適用于已裝入的模塊的電源容量尝赵。
c.可使用的尋址字以組態(tài)模塊。
d.有效的可選模塊槽位盹组。
2)分布式I/O結(jié)構(gòu)：
該結(jié)構(gòu)的高性能價格比和靈活的解決辦法適用于I/O信號分布在較大區(qū)域的應用斋葱。該結(jié)構(gòu)是為在一個較大范圍內(nèi)，點數(shù)較少疾词，I/O分站較多的應用而設計的溃蛙。分布式I/O系統(tǒng)配置規(guī)則，有五點必須考慮以確保分布I/O系統(tǒng)的有效組態(tài)：
a.主站末端和節(jié)點接口的正確安裝绑咱。
b.模塊安裝所需的槽位數(shù)绰筛。
c.模塊適用的電源。
d.足夠的尋址字以配置模塊描融。
e.敷設的電纜線路有足夠的強度铝噩。
3)遠程 I/O結(jié)構(gòu)
對于需要大量I/O的遠程安裝分站，需要具有極高的I/O性能窿克。遠程I/O(RI/O)使用同軸電纜敷設線路骏庸，網(wǎng)絡距離可達4500米，如距離更長年叮，則使用光纖敷設具被。遠程I/O系統(tǒng)配置規(guī)則玻募，遠程I/O系統(tǒng)需考慮以下五個特性，以確保配置有效：
a.主站末端和分站末端適配器的正確安裝一姿。
b.用于模塊安裝的底板槽位數(shù)七咧。
c.安裝模塊適用的電源。
d.足夠的尋址字以配置模塊叮叹。
e.敷設的電纜線路有足夠的強度顿储。
2.編程軟件
Quantum自動化系列通常給用戶選用Unity Pro及Concept編程軟件包。Telemecanique Unity Pro及Telemecanique Concept符合IEC1131-3編程語言標準并支持5種IEC標準語言：梯形圖济问、順序功能表遮店、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本和指令表
每一種語言針對特定的用途都有一定的特點吝殖。梯形圖不僅對離散控制和聯(lián)鎖邏輯是極佳的勉溉，而且還具有把功能塊指令權(quán)載入在一級梯形圖內(nèi)的能力。功能塊圖提供了一個有效的開發(fā)環(huán)境并特別適用于過程控制應用娩戳。結(jié)構(gòu)化文本是一種類似于Basic或Pascal的語言，對復雜算法及數(shù)據(jù)處理是最好的解決辦法伍愕。指令表為優(yōu)化編碼性能提供了一個環(huán)境更践，與匯編碼非常相似。
三．感想和體會
通過參與配合施工單位調(diào)試和逐項驗收蓉庆，逐漸掌握Quantum系列PLC的構(gòu)成藏络，特性，功能及相關技術(shù)知識撤宽。該系列PLC產(chǎn)品以其卓越的品質(zhì)和性能臭杰，為控制需求提供最恰當?shù)慕鉀Q辦法，在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)和其它許多領域中發(fā)揮了越來越強大的作用谚中。由于它提供的是可按控制要求配置的模塊化結(jié)構(gòu)渴杆，因此Quantum控制器能夠?qū)χ行椭链笮涂刂葡到y(tǒng)進行配置，其堅固的結(jié)構(gòu)能保證在最惡劣的環(huán)境下可靠工作宪塔，滿足最高性能的應用要求磁奖。Quantum系列PLC產(chǎn)品具有機體小型化，結(jié)構(gòu)模塊化某筐，擁有較強的存儲能力和I/O接口能力以及高可靠性和抗干擾性等優(yōu)點比搭，其為提高自動化智能控制水平，生產(chǎn)效率和質(zhì)量南誊，極大程度上減輕了操作人員的工作量做出巨大貢獻身诺。
Quantum系列PLC及其它系列PLC產(chǎn)品中包含多種規(guī)格和型號，其特性和功能不盡相同抄囚，要想達到自動化系統(tǒng)的理想霉赡、優(yōu)化控制橄务，必須較全面熟悉各種PLC的工作原理、功能特性同廉。具體說來台凰，我認為有如下幾點：
1.PLC的選型 它是系統(tǒng)設計的一個重要環(huán)節(jié)，我們設計人員需要根據(jù)不同使用場合防蚓、控制對象橘曙、工作環(huán)境、費用以及用戶的特殊要求綜合考慮儒剧，保證其在功能上滿足要求又經(jīng)濟合理惑箕。
2.輸入/輸出(I/O)點數(shù)的估算 這其中包括數(shù)字量和模擬量輸入和輸出。根據(jù)不同工程的各電氣設備等的不同控制要求停唐，對需要利用PLC進行控制的信號點進行估算是一項很重要的基礎工作科谨。例如自動開關、接觸器时憾、熱繼電器等的輔助觸點渊喘，選擇開關，限位開關等單個系統(tǒng)檢測點數(shù)鸽拱，系統(tǒng)集中/機旁選擇開關以及其它控制設備的硬件聯(lián)鎖信號等拨才。聯(lián)系到高爐及其配套的水站，鍋爐和汽輪鼓風機站等站控制設備設計谓苟，其工作狀態(tài)需輸入PLC進行監(jiān)控官脓。而整個系統(tǒng)中的電動閥門利用PLC進行控制的數(shù)字量輸入信號包括：集中控制/機旁操作信號，開閥涝焙、關閥和停止信號卑笨，閥門運行信號，閥門開到位和關到位信號仑撞，開閥過轉(zhuǎn)矩和關閥過轉(zhuǎn)矩信號及電氣故障信號赤兴。輸出信號包括開閥和關閥，開到位和關到位隧哮，過轉(zhuǎn)矩和電氣故障搀缠，并通過指示燈指示閥門各狀態(tài)。我認為能否做好這些輸入和輸出點的估算工作也決定于你對各電氣設備的控制要求和方式是否真正理解近迁，且對下一步模塊的選用具有重要意義艺普。
3. 輸入/輸出模塊的選擇 : 輸入模塊一般分為數(shù)字量和模擬量兩種。輸出模塊可分為交流數(shù)字量輸出鉴竭、直流數(shù)字量輸出歧譬、模擬量電壓輸出、模擬量電流輸出等搏存。Quantum系列PLC及其它類型PLC的數(shù)字量輸入/輸出模塊的電壓等級可根據(jù)現(xiàn)場設備與模塊之間的距離來選擇测扼。當外部線路較長時慷郎，可選用AC或DC 220V/110V模塊；當外部線路較短纲秫、且控制設備相對集中時促驶，可選用DC24V、DC48V模塊单步。
總之物遗，無論你的應用是怎樣的, 可使用任何IEC語言, 支持熱插拔, PLC運行時也可方便更換模塊,可自由擴展的機架, 靈活的系統(tǒng)升級,還有靈活方便的接線,參數(shù)自動設定,優(yōu)化的性能。任何最佳控制方案的都是綜合各種因素并加以全盤考慮的結(jié)果且奔。隨著計算機科學技術(shù)的日新月異插撩，Quantum自動化系列PLC也必將迅猛發(fā)展，其品種會更繁多此腊，性能會更優(yōu)越,它們將不斷改善和提高自動化系統(tǒng)控制水平摹院，在今后許多工程項目中會繼續(xù)得到更廣泛的應用。
新建大高爐工程中的應用
郝吉廷 王麗 付遂濤
摘要：本文介紹了Quantum系列PLC在冶金工業(yè)過程控制中的特點熙暴，說明了Quantum系列PLC廣泛的適應性秒咨，功能和安全的高可靠性卓缰，硬件和使用軟件的開放性计呈，高智能自動化控制水平，提高了生產(chǎn)效率和過程控制質(zhì)量征唬，極大程度上減輕了操作人員勞動強度震叮。
關鍵詞：Quantum系列PLC 硬件結(jié)構(gòu) 編程軟件 過程控制
一. 概述
本人有幸參加了安鋼2800 m3高爐建設工程中電氣設備安裝和施工驗收，通過幾個月的實踐學習和研究鳍鸵，我對該工程的基礎自動化的配置和特性有了一定的認識。
該工程基礎自動化包括電氣傳動自動化和儀表自動化尉间，其主要功能是對生產(chǎn)過程進行數(shù)據(jù)采集偿乖、順序控制、連續(xù)控制和監(jiān)控操作等哲嘲。操作人員通過HMI(人機接口)進行人機對話滨胰，修改過程參量和改變設備的運行狀態(tài)，監(jiān)視整個生產(chǎn)過程宁斋。
本工程基礎自動化系統(tǒng)由PLC控制器感栋、HMI人機界面、控制軟件及其相關的環(huán)形以太網(wǎng)絡組成慧男，同時提供了與進程計算機系統(tǒng)姥仍，實現(xiàn)安鋼一期2200 m3高爐系統(tǒng)，2800 m3系統(tǒng)和基礎自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口比摆∩笛溃基礎自動化系統(tǒng)的操作方式分為：
1)過程計算機設定方式
2)基礎自動化全自動方式
3)基礎自動化手動方式
4)機旁手動方式
安鋼兩座高爐的工程基礎自動化系統(tǒng)采用施耐德電氣公司Modicon Quantum系列PLC控制系統(tǒng)、100M Modbus TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)休台，采用環(huán)形冗余方式阐泻，通訊介質(zhì)采用單模光纖，增加了整個網(wǎng)絡的安全性征啦，可靠性及網(wǎng)絡的速度担急，同時使得大高爐區(qū)具有整體有機的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
二. 控制系統(tǒng)的構(gòu)成
1.硬件組成
本次選用的PLC數(shù)字量輸入模塊型號為140 DDI 353 00侠坎，配電電壓為DC24V蚁趁，輸入點數(shù)為32，每組點數(shù)為8個硅蹦，其運行電壓為15.0 …30Vdc荣德，數(shù)字量輸出模塊型號為140 DDO 353 00，配電電壓為DC24V童芹，輸出點數(shù)為32涮瞻，每組點數(shù)為8個鲤拿，運行電壓為15.0 …30Vdc。該輸出模塊直接驅(qū)動直流繼電器線圈署咽，利用繼電器接點和線圈實PLC與外部電路隔離的模式近顷，從而減少外部故障波及系統(tǒng)內(nèi)部，便于維護和檢修宁否。模擬量輸入模塊型號為140 ACI 040 00,輸入信號為4-20mA DC,輸入點數(shù)為16個, 模擬量輸出模塊型號為140 ACO 130 00,輸出信號為4-20mA DC,輸入點數(shù)為8個窒升。
2.I/O結(jié)構(gòu)簡介
Quantum自動化系列提供了一個高度靈活的結(jié)構(gòu)，確保性能價格比高慕匠。Quantum I/O能用于三種主要結(jié)構(gòu)以滿足控制系統(tǒng)要求：本地I/O饱须，分布式I/O及遠程I/O。無論你的要求是改進空間利用或減少安裝費用或高的性能或與HMI和主機的連通性隔阔，都能從Quantum I/O中找到一種符合要求的結(jié)構(gòu)果孝。PLC的另一新特點是能定義輸出模塊的故障狀態(tài)。
1)本地I/O結(jié)構(gòu)：
本地I/O能夠與CPU和電源裝在一個底板上贵式，最少有一個炼缰，最多有14個I/O。在本地I/O結(jié)構(gòu)中衬榕，最小的系統(tǒng)包括一個電源模塊脸婉，一個CPU模塊以及所需的若干個I/O模塊。本地I/O配置規(guī)則：
a.底板可用的模塊槽數(shù)(2,3,4,6,10,16共6種)杈夜。
b.適用于已裝入的模塊的電源容量尝赵。
c.可使用的尋址字以組態(tài)模塊。
d.有效的可選模塊槽位盹组。
2)分布式I/O結(jié)構(gòu)：
該結(jié)構(gòu)的高性能價格比和靈活的解決辦法適用于I/O信號分布在較大區(qū)域的應用斋葱。該結(jié)構(gòu)是為在一個較大范圍內(nèi)，點數(shù)較少疾词，I/O分站較多的應用而設計的溃蛙。分布式I/O系統(tǒng)配置規(guī)則，有五點必須考慮以確保分布I/O系統(tǒng)的有效組態(tài)：
a.主站末端和節(jié)點接口的正確安裝绑咱。
b.模塊安裝所需的槽位數(shù)绰筛。
c.模塊適用的電源。
d.足夠的尋址字以配置模塊描融。
e.敷設的電纜線路有足夠的強度铝噩。
3)遠程 I/O結(jié)構(gòu)
對于需要大量I/O的遠程安裝分站，需要具有極高的I/O性能窿克。遠程I/O(RI/O)使用同軸電纜敷設線路骏庸，網(wǎng)絡距離可達4500米，如距離更長年叮，則使用光纖敷設具被。遠程I/O系統(tǒng)配置規(guī)則玻募，遠程I/O系統(tǒng)需考慮以下五個特性，以確保配置有效：
a.主站末端和分站末端適配器的正確安裝一姿。
b.用于模塊安裝的底板槽位數(shù)七咧。
c.安裝模塊適用的電源。
d.足夠的尋址字以配置模塊叮叹。
e.敷設的電纜線路有足夠的強度顿储。
2.編程軟件
Quantum自動化系列通常給用戶選用Unity Pro及Concept編程軟件包。Telemecanique Unity Pro及Telemecanique Concept符合IEC1131-3編程語言標準并支持5種IEC標準語言：梯形圖济问、順序功能表遮店、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本和指令表
每一種語言針對特定的用途都有一定的特點吝殖。梯形圖不僅對離散控制和聯(lián)鎖邏輯是極佳的勉溉，而且還具有把功能塊指令權(quán)載入在一級梯形圖內(nèi)的能力。功能塊圖提供了一個有效的開發(fā)環(huán)境并特別適用于過程控制應用娩戳。結(jié)構(gòu)化文本是一種類似于Basic或Pascal的語言，對復雜算法及數(shù)據(jù)處理是最好的解決辦法伍愕。指令表為優(yōu)化編碼性能提供了一個環(huán)境更践，與匯編碼非常相似。
三．感想和體會
通過參與配合施工單位調(diào)試和逐項驗收蓉庆，逐漸掌握Quantum系列PLC的構(gòu)成藏络，特性，功能及相關技術(shù)知識撤宽。該系列PLC產(chǎn)品以其卓越的品質(zhì)和性能臭杰，為控制需求提供最恰當?shù)慕鉀Q辦法，在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)和其它許多領域中發(fā)揮了越來越強大的作用谚中。由于它提供的是可按控制要求配置的模塊化結(jié)構(gòu)渴杆，因此Quantum控制器能夠?qū)χ行椭链笮涂刂葡到y(tǒng)進行配置，其堅固的結(jié)構(gòu)能保證在最惡劣的環(huán)境下可靠工作宪塔，滿足最高性能的應用要求磁奖。Quantum系列PLC產(chǎn)品具有機體小型化，結(jié)構(gòu)模塊化某筐，擁有較強的存儲能力和I/O接口能力以及高可靠性和抗干擾性等優(yōu)點比搭，其為提高自動化智能控制水平，生產(chǎn)效率和質(zhì)量南誊，極大程度上減輕了操作人員的工作量做出巨大貢獻身诺。
Quantum系列PLC及其它系列PLC產(chǎn)品中包含多種規(guī)格和型號，其特性和功能不盡相同抄囚，要想達到自動化系統(tǒng)的理想霉赡、優(yōu)化控制橄务，必須較全面熟悉各種PLC的工作原理、功能特性同廉。具體說來台凰，我認為有如下幾點：
1.PLC的選型 它是系統(tǒng)設計的一個重要環(huán)節(jié)，我們設計人員需要根據(jù)不同使用場合防蚓、控制對象橘曙、工作環(huán)境、費用以及用戶的特殊要求綜合考慮儒剧，保證其在功能上滿足要求又經(jīng)濟合理惑箕。
2.輸入/輸出(I/O)點數(shù)的估算 這其中包括數(shù)字量和模擬量輸入和輸出。根據(jù)不同工程的各電氣設備等的不同控制要求停唐，對需要利用PLC進行控制的信號點進行估算是一項很重要的基礎工作科谨。例如自動開關、接觸器时憾、熱繼電器等的輔助觸點渊喘，選擇開關，限位開關等單個系統(tǒng)檢測點數(shù)鸽拱，系統(tǒng)集中/機旁選擇開關以及其它控制設備的硬件聯(lián)鎖信號等拨才。聯(lián)系到高爐及其配套的水站，鍋爐和汽輪鼓風機站等站控制設備設計谓苟，其工作狀態(tài)需輸入PLC進行監(jiān)控官脓。而整個系統(tǒng)中的電動閥門利用PLC進行控制的數(shù)字量輸入信號包括：集中控制/機旁操作信號，開閥涝焙、關閥和停止信號卑笨，閥門運行信號，閥門開到位和關到位信號仑撞，開閥過轉(zhuǎn)矩和關閥過轉(zhuǎn)矩信號及電氣故障信號赤兴。輸出信號包括開閥和關閥，開到位和關到位隧哮，過轉(zhuǎn)矩和電氣故障搀缠，并通過指示燈指示閥門各狀態(tài)。我認為能否做好這些輸入和輸出點的估算工作也決定于你對各電氣設備的控制要求和方式是否真正理解近迁，且對下一步模塊的選用具有重要意義艺普。
3. 輸入/輸出模塊的選擇 : 輸入模塊一般分為數(shù)字量和模擬量兩種。輸出模塊可分為交流數(shù)字量輸出鉴竭、直流數(shù)字量輸出歧譬、模擬量電壓輸出、模擬量電流輸出等搏存。Quantum系列PLC及其它類型PLC的數(shù)字量輸入/輸出模塊的電壓等級可根據(jù)現(xiàn)場設備與模塊之間的距離來選擇测扼。當外部線路較長時慷郎，可選用AC或DC 220V/110V模塊；當外部線路較短纲秫、且控制設備相對集中時促驶，可選用DC24V、DC48V模塊单步。
總之物遗，無論你的應用是怎樣的, 可使用任何IEC語言, 支持熱插拔, PLC運行時也可方便更換模塊,可自由擴展的機架, 靈活的系統(tǒng)升級,還有靈活方便的接線,參數(shù)自動設定,優(yōu)化的性能。任何最佳控制方案的都是綜合各種因素并加以全盤考慮的結(jié)果且奔。隨著計算機科學技術(shù)的日新月異插撩，Quantum自動化系列PLC也必將迅猛發(fā)展，其品種會更繁多此腊，性能會更優(yōu)越,它們將不斷改善和提高自動化系統(tǒng)控制水平摹院，在今后許多工程項目中會繼續(xù)得到更廣泛的應用。
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