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應(yīng)用PLC控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)空壓站無(wú)人值守

1.應(yīng)用背景
  在冶金吭匀,化工泌霍,電力甲抖,制藥等許多大型工程中钥星,空壓站建設(shè)是一項(xiàng)重要的輔助工程沾瓦。空壓站的主設(shè)備為空氣壓縮機(jī)谦炒,空氣干燥器贯莺,配套過(guò)濾器,儲(chǔ)氣罐宁改,連接管道和閥門等組成一供氣系統(tǒng)缕探。大型空壓站通常擁有多套設(shè)備,以保證不同負(fù)荷的需求还蹲。確保合格的供氣品質(zhì)爹耗,滿足穩(wěn)定的氣源壓力,供氣流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)等是空壓站自動(dòng)化的基本任務(wù)谜喊。隨著自動(dòng)化水平的不斷提高劣秦,建設(shè)無(wú)人值守空壓站的要求已是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
  本案例應(yīng)用于上海寶鋼集團(tuán)上鋼一廠連鑄連軋項(xiàng)目的大型空壓站巨陌。該站有6臺(tái)每分鐘供氣200立方的螺桿式空壓機(jī)蔼邓,6臺(tái)200立方處理量的冷凍式干燥器,另有兩臺(tái)80立方處理量的吸附式干燥器巡抛,采用母管制連接方式生產(chǎn)壓縮空氣侨懈。用戶要求:
  1) 每臺(tái)設(shè)備應(yīng)有自動(dòng)控制和聯(lián)鎖保護(hù)裝置,并配有觸摸屏供現(xiàn)場(chǎng)觀察各工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)追艘,可手動(dòng)/自動(dòng)切換操作及緊急停機(jī)凄系;
  2) 現(xiàn)場(chǎng)控制室應(yīng)有計(jì)算機(jī)操作站穴肄,通過(guò)建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò),監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程量票;
  3) 空壓房的操作站應(yīng)與廠區(qū)控制中心聯(lián)網(wǎng)人度,由控制中心的控制器實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)空壓站無(wú)人值守鸡焰。

2.系統(tǒng)構(gòu)成
  2.1.控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確立
  由于控制中心選用AB公司的PLC構(gòu)筑自控系統(tǒng)焚趴,并指定采用DH+網(wǎng)絡(luò)實(shí)施遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)限番。為保持一致性舱污,空壓站自控設(shè)備選用AB公司的小型PLC ——SLC-500系列可編程控制器,其帶有DH+網(wǎng)絡(luò)接口弥虐,支持DH+和DH-485網(wǎng)絡(luò)協(xié)議扩灯。原設(shè)計(jì)推薦為單一DH+網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),后仔細(xì)分析了生產(chǎn)實(shí)際情況和各設(shè)備的特點(diǎn)霜瘪,以及可能存在的問(wèn)題珠插,綜合各方面因素后確立了分級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施方案,如圖1所示颖对。其基本理由是:
  1) 技術(shù)性考慮捻撑,單一結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)數(shù)量較大時(shí)安全性不夠理想。因?yàn)楦髟O(shè)備控制器均掛在同一網(wǎng)絡(luò)上缤底,任何一臺(tái)出現(xiàn)通信故障都可能影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)顾患,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)癱瘓,無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控个唧。雖然本案例的設(shè)備總數(shù)并不算很多江解,但考慮到對(duì)無(wú)人值守的高標(biāo)準(zhǔn)要求,將設(shè)備網(wǎng)分為上層DH+和下層DH-485兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)徙歼,以達(dá)到分散危險(xiǎn)废筒,提高網(wǎng)絡(luò)有效性和可靠性的目的。
  2) 經(jīng)濟(jì)性考慮捆牍,滿足基本要求的前提下棉挤,采用低成本的微型PLC替代。干燥器設(shè)備的生產(chǎn)工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單跃躯,控制點(diǎn)數(shù)不到10點(diǎn)岳扒,模擬量信號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)也不多,動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)相對(duì)較大舷翰,微型PLC——Micrologix 1200可以滿足要求匀冈。其成本可降低一半,每套約節(jié)省2萬(wàn)元坐蓉,總計(jì)可達(dá)15萬(wàn)郁秦。
  分級(jí)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn):
  a) 遠(yuǎn)程控制網(wǎng)——DH+網(wǎng)絡(luò)(增強(qiáng)型數(shù)據(jù)高速公路)連接控制中心控制器與空壓站主控制器0#SLC喘茵,傳輸空壓站系統(tǒng)的重要信息參數(shù)及各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),并實(shí)現(xiàn)控制中心的遠(yuǎn)程控制操作能说。
  b) 上層設(shè)備網(wǎng)——DH+網(wǎng)絡(luò)丈轻,連接現(xiàn)場(chǎng)主控制器0#SLC,1#-6#空壓機(jī)子站SLC绎谦,以及作為通信控制器的7#SLC管闷。0#SLC除負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程控制網(wǎng)連接外,還承擔(dān)所有子站的信息集成和控制信號(hào)的傳遞窃肠。
  c) 下層設(shè)備網(wǎng)——采用DH-485網(wǎng)絡(luò)包个,7#SLC通信控制器作為上下網(wǎng)的聯(lián)接器集成各干燥器控制子站1#-8#M1200的數(shù)據(jù)信息,并傳遞遠(yuǎn)程控制信號(hào)冤留。M1200和觸摸屏均通過(guò)通信模塊NET-AIC掛接到DH-485網(wǎng)上碧囊。
  DH+網(wǎng)絡(luò)為AB公司推出的工業(yè)局域網(wǎng)之一,它是最早為可編程序控制器提供遠(yuǎn)程編程支持的控制網(wǎng)絡(luò)纤怒。它可以在可編程序控制器(PLC-5糯而、PLC-3、SLC 5/04)泊窘、操作員界面系統(tǒng)熄驼、個(gè)人計(jì)算機(jī)、主計(jì)算機(jī)烘豹、數(shù)字控制設(shè)備瓜贾、可編程的具有RS-232-C/RS-422接口的設(shè)備之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。一個(gè)DH+網(wǎng)絡(luò)最多可以連接99個(gè)DH+鏈路芜溪,每個(gè)DH+鏈路最多可以連接64個(gè)節(jié)點(diǎn)(智能化設(shè)備)囱叼。它采用雙絞線或屏蔽同軸電纜連接,每個(gè)鏈路的傳輸速率為57.6K Bps明殊,115.2KBps和230.4KBps三種可選沟乘,傳輸距離可達(dá)10,000英尺(3048米)。DH+網(wǎng)絡(luò)支持從遠(yuǎn)程鏈路進(jìn)行組態(tài)蹄警、編程以及故障查詢等伟铸。
  DH-485是一種對(duì)信息傳送有時(shí)間苛刻要求的、高速確定性的工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)覆首,主要用于車間級(jí)各種設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳遞厘沉;具有多主功能,在令牌傳送協(xié)議下工作亦蟋,網(wǎng)絡(luò)的最大長(zhǎng)度為1219m护丢。DH-485能夠連接多達(dá)32個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備,包括SLC 500和Micrologix 1200可編程控制器纲盟、操作員終端和個(gè)人計(jì)算機(jī)等砂沛。其最大傳輸速率可達(dá)19.2KBps烫扼。
  

                                               圖1 分級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)示意圖

  2.2 硬件配置
   現(xiàn)場(chǎng)控制室——操作站計(jì)算機(jī)PC,主控制器0#SLC(SLC-504)帶有標(biāo)準(zhǔn)RS-232C /DH+ /8針圓形接口碍庵,共3個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口映企。配置模擬量輸入/輸出模塊,開關(guān)量輸入/輸出模塊静浴,共計(jì)128點(diǎn)堰氓,所有開關(guān)量輸出均采用繼電器隔離。0#SLC控制各設(shè)備子站以外的系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)和閥門苹享。
   空壓機(jī)子站——1#-6#SLC可編程控制器(SLC-504)双絮,分別配有包括模擬量輸入在內(nèi)的64點(diǎn)I/O模塊;通過(guò)DH+接口連接到上層設(shè)備網(wǎng)富稻。
   干燥器子站——1#-8#M1200微型可編程控制器(Micrologix 1200 自帶24點(diǎn)I/O)掷邦,配接12點(diǎn)模擬量輸入I/O模塊,通過(guò)NET-AIC通信模塊接入DH-485下層設(shè)備網(wǎng)椭赋。PV-500彩色觸摸屏也由通信模塊的9針插頭連接到DH-485網(wǎng)。
  2.3.軟件組成和工作程序
  網(wǎng)絡(luò)連接軟件RSLinx 它在車間級(jí)設(shè)備與各種應(yīng)用軟件之間提供通訊功能或杠,它可組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議(即選擇PLC控制網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議哪怔,如DH-485協(xié)議,DH+協(xié)議)赵溢,傳輸波特率夷硅,驅(qū)動(dòng)程序等,完成網(wǎng)絡(luò)的初始化和令牌管理歧余。
   編程軟件RSLogix 500 可使用戶在DH-485網(wǎng)或DH+網(wǎng)上對(duì)控制器(SLC 500氢滋、Micrologix 1200)進(jìn)行編程,網(wǎng)絡(luò)上的任一個(gè)工業(yè)終端可以用來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的所有控制器編程跟努。用戶既可以將程序下載到有關(guān)設(shè)備中价忙,又可以從設(shè)備上載已有的程序,調(diào)試程序垛撬,監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行皮围。
   工作站組態(tài)軟件RSView 32 設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)控制室的操作站用來(lái)監(jiān)視和操作整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程,為控制系統(tǒng)提供通訊达快、顯示及報(bào)表管理等功能捏裂,
   各設(shè)備控制器自成一子系統(tǒng),其應(yīng)用程序功能包括:信息采集甸胃,設(shè)備控制吩屹,故障報(bào)警,聯(lián)鎖保護(hù)拧抖,以及數(shù)據(jù)處理和通信傳輸煤搜。
  通信傳輸工作程序如圖2所示罚斗。在本案例中,從控制中心控制器經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)控制室操作站到7#SLC通信控制器宅楞,均采用自上而下的方式讀/寫目標(biāo)控制器的數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)针姿,由數(shù)據(jù)傳送指令完成數(shù)據(jù)通信,實(shí)現(xiàn)信息集成和遠(yuǎn)程控制厌衙。
  

                                                                                                                    圖2 通信傳輸工作流程示意圖

3.難點(diǎn)問(wèn)題和解決方法
   整個(gè)控制系統(tǒng)隨同設(shè)備于2003年7月初步完成安裝調(diào)試工作距淫,進(jìn)入試生產(chǎn)。2004年2月正式投產(chǎn)婶希,滿負(fù)荷運(yùn)行榕暇,情況良好,達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)喻杈。期間出現(xiàn)過(guò)的主要問(wèn)題為:
  1)通信故障引起遠(yuǎn)程監(jiān)控失效兩次(上層設(shè)備網(wǎng))彤枢。分析可能的原因,通信電纜使用了帶屏蔽的普通信號(hào)電纜而非控制設(shè)備規(guī)范要求的雙絞線屏蔽電纜筒饰,易受現(xiàn)場(chǎng)干擾须彼;軟件方面對(duì)通信異常未設(shè)置必要的處理程序。
  解決方法——將原來(lái)115.2KBps通信傳輸速率降低到57.6KBps 捶益,以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃运倔铮卉浖矫孀隽讼鄳?yīng)的改動(dòng),此后未再出現(xiàn)過(guò)類似通信故障锌拾。
  2)通信傳輸延時(shí)绕众,實(shí)時(shí)控制滯后(下層設(shè)備網(wǎng))。經(jīng)分析獲悉肴摊,DH-485令牌總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的工作模式使得7#SLC通信控制器需要多個(gè)循環(huán)才能對(duì)下層網(wǎng)各設(shè)備控制器掃描一遍姆已,加之網(wǎng)絡(luò)傳輸速率相對(duì)較低,在傳輸數(shù)據(jù)量較大時(shí)碉晾,出現(xiàn)控制延時(shí)達(dá)7-8秒急响。
  解決方法——由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已定,硬件無(wú)法改變腊尤,所以在軟件方面加以改進(jìn)鸭僧。數(shù)據(jù)傳輸速率提高到上限19.2KBps;再修改軟件程序揩页,采用控制操作指令優(yōu)先的策略旷偿,控制滯后的操作可得到改善。

4.小結(jié)
  ·控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化可有效實(shí)現(xiàn)空壓站遠(yuǎn)程監(jiān)控爆侣,無(wú)人值守萍程。本案例的成功實(shí)施是一個(gè)很好的示例。
  ·分級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施,分散了故障危險(xiǎn)茫负,可提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的有效性和可靠性蕉鸳。
  ·綜合分析生產(chǎn)實(shí)際情況,以及全面評(píng)價(jià)控制設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)忍法,有助于制訂經(jīng)濟(jì)性的控制方案潮尝,從而降低投資成本,提高經(jīng)濟(jì)效益饿序。
  改進(jìn)方向:
  1)引入故障檢測(cè)和故障診斷的處理程序勉失,系統(tǒng)的智能化程度可得到提高,有利于進(jìn)一步改善自控系統(tǒng)的有效性和可靠性原探。
  2)優(yōu)化調(diào)度策略乱凿,軟件聯(lián)鎖保護(hù)等自動(dòng)控制功能模式的應(yīng)用,有望將自動(dòng)化水平提升到更高層次芯妇,并由此獲得更大的效益帝璃。


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