隨著計算機嚷狞、控制绳姨、通信愈诚、網(wǎng)絡等技術(shù)的發(fā)展,作為工業(yè)控制數(shù)字化她按、智能化與網(wǎng)絡化典型代表的現(xiàn)場總線(FieldBus)技術(shù)也發(fā)展迅速、影響巨大,引起了工程技術(shù)界的普遍興趣與重視,使計算機控制系統(tǒng)逐步從集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystemDCS)走向以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的分布式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem,FCS),被譽為工業(yè)自動化領(lǐng)域具有革命性的新技術(shù)】蝗幔現(xiàn)場總線是當今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一酌泰。
1項目概述

我公司現(xiàn)有五座煉鐵高爐,每一座高爐在生產(chǎn)中都產(chǎn)生大量的高爐煤氣,但是煤氣中煙塵和焦油的含量非常高,所以不能直接用于其他生產(chǎn)活動,必須進行除塵。現(xiàn)有的煤氣除塵系統(tǒng)主要有洗滌塔除塵和布袋除塵。鑒于一號到四號高爐在地理位置上比較集中,并且采用相同的洗滌塔式除塵系統(tǒng),又因原用電動組合式儀表控制系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)的需求,所以采用集中改造原則,把這四個高爐的控制系統(tǒng)進行大集成,現(xiàn)將其改造成為西門子PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)漂烂。

具體改造項目包括四座高爐的煤氣洗滌塔流程和公共部分流程据伏。系統(tǒng)中所有上位監(jiān)控設(shè)備將全部采用研華工業(yè)用計算機,通過工業(yè)以太網(wǎng)集中HMI人機交互方式進行系統(tǒng)監(jiān)控運行,下位PLC控制站也采用集中組建方式,這樣可以減少控制室數(shù)量,節(jié)省大量建筑開支。另外在現(xiàn)場建設(shè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站,通過PROFIBUS總線向PLC傳送數(shù)據(jù),這樣可以大量減少物理布線,并且實現(xiàn)了遠程設(shè)備診斷束多。在PLC控制站上實現(xiàn)各個工藝流程骏庙、設(shè)備運轉(zhuǎn)之間的相互聯(lián)鎖的操作功能,提高了系統(tǒng)的安全性。采用了先進的控制方式和控制算法,實現(xiàn)了四座高爐煤氣洗滌塔液位的自動調(diào)節(jié)控制,減少了維護和操作人員的勞動強度和工作量,為這些崗位減員增效創(chuàng)造了條件孕赫。

2系統(tǒng)組成

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向,通過細致詳細的調(diào)查工作,并結(jié)合這四個高爐煤氣洗滌系統(tǒng)的實際情況,最終選擇了西門子公司的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù),在這套現(xiàn)場總線系統(tǒng)中,我們的控制站采用了德國西門子公司的S7-300系列PLC,數(shù)據(jù)傳輸站采用了德國西門子公司的ET200系列設(shè)備,通過上位还幅、下位、現(xiàn)場三位一體的方式實現(xiàn)了PROFIBUP-DP現(xiàn)場總線系統(tǒng),并且在上位監(jiān)控中采用了工業(yè)以太網(wǎng),對現(xiàn)場總線提供了強有力的輔助,大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度玉惫。系統(tǒng)整體布置簡圖如圖1所示挠氛。該系統(tǒng)是一種功能強大、使用方便计灌、運行可靠的控制系統(tǒng),為我們的現(xiàn)場生產(chǎn)提供了功能強大的物質(zhì)基礎(chǔ)淡榕。

2．1控制系統(tǒng)的UPS電源

為了提高系統(tǒng)的安全性,為PLC控制系統(tǒng)提供不間斷電源,配置原裝EMERSON電池。這套UPS電源系統(tǒng)包括主副兩路220V供電和電池組,當主220V電源故障后,自動跳到電池組供電,當電池組電量耗盡后,系統(tǒng)又會自動跳到副220V電源钟牛。這套電源系統(tǒng)與原來的控制系統(tǒng)電源相比,給系統(tǒng)提供了極大的安全性,保證了凈化系統(tǒng)的安全連續(xù)運行,減少了不必要的停產(chǎn),無形中增加了效益允悦。

2．2上位監(jiān)控系統(tǒng)

上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)一臺工程師站和兩臺操作員站,選用研華工業(yè)計算機,每臺計算機上裝有網(wǎng)絡通訊卡CP1613,它們各通過上位工業(yè)以太網(wǎng)總線分別與五套S7-300系統(tǒng)的通訊處理器CP343-1通訊口連接,工業(yè)以太網(wǎng)的構(gòu)建主要依據(jù)一臺西門子的ESMTP80工業(yè)級別的交換機。組態(tài)軟件采用西門子的WINCC制作監(jiān)控程序,WINCC是西門子公司的專用監(jiān)控軟件,與硬件連接時有很好的兼容性和可靠性,通訊方便,具有很好的適配性虑啤。WINCC提供了適用于工業(yè)的圖形顯示隙弛、消息、歸檔以及報表的功能模板,高性能的過程耦合狞山、快速的畫面更新及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的適用性全闷。

2．3下位控制站

我們的控制站采用了德國西門子公司的S7-300系列PLC,包括四個高爐的系統(tǒng)和一套公共管網(wǎng)系統(tǒng),總共用五套西門子S7315-2DP的PLC系統(tǒng)來實現(xiàn)自動控制。

2．4現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸站

在生產(chǎn)現(xiàn)場,我們需要采集的信號主要包括熱電阻信號萍启、各種變送器的4～20mA模擬量信號总珠、數(shù)字量信號等,還要輸出模擬量電流信號用于控制調(diào)節(jié)閥,由于各個高爐的變送器距離集中控制室比較遠,我們采用了德國西門子公司的ET200系列設(shè)備來構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸站,通過PROFIBUS-DP總線向控制站傳送和接收實時數(shù)據(jù)。這樣,我們可以就近把變送器的信號接入傳輸站,并可就近輸出4～20mA的控制信號來控制現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥,主要由ET200B熱電阻模板采集熱電阻信號,由ET200B標準模擬量輸入模板采集4～20mA電流信號,由ET200eco數(shù)字量模板采集數(shù)字量信號輸入,由ET200B標準模擬量輸出模板輸出控制信號勘纯。這些數(shù)據(jù)通過總線在現(xiàn)場和控制站之間傳輸,省去了大量的物理布線,這些現(xiàn)場模塊完全適合工業(yè)生產(chǎn)的惡劣環(huán)境,只需要一個簡單的小控制室即可正常工作,另外采用先進的EJA530就地式變送器,省去了大量的儀表安裝管網(wǎng)局服。

3采用現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)一般采用DCS結(jié)構(gòu)。在DCS中,對現(xiàn)場信號需要進行點對點的連接,并且I／O端子與PLC或自動化儀表一起被放在控制柜中,而不是放在現(xiàn)場驳遵。這就需要鋪設(shè)大量的信號傳輸電纜,布線復雜,既費料又費時,信號容易衰減并容易被干擾,而且又不便維護淫奔。DCS一般由操作員站、控制站等組成,結(jié)構(gòu)復雜,成本高堤结。而且DCS不是開放系統(tǒng),互操作性差,難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享缓冷。而基于PC的FCS則完全克服了這些缺點。
(1)在FCS中,借助于現(xiàn)場總線技術(shù),所有的I／O模塊均放在工業(yè)現(xiàn)場,而且所有的信號通過分布式智能I／O模塊在現(xiàn)場被轉(zhuǎn)換成標準數(shù)字信號,只需一根電纜就可把所有的現(xiàn)場子站連接起來,進而把現(xiàn)場信號非常簡捷地傳送到控制室監(jiān)控設(shè)備上,降低了成本,又便于安裝和維護,同時數(shù)字化的數(shù)據(jù)傳輸使系統(tǒng)具有很高的傳輸速度和很強的抗干擾能力淑免。
(2)FCS具有開放性即倦。在FCS中,軟件和硬件都遵從同樣的標準,互換性好,更新?lián)Q代容易羹浪。程序設(shè)計采用IECll31-3五種國際標準編程語言,編程和開發(fā)工具是完全開放的,同時還可以利用PC豐富的軟硬件資源。
(3)系統(tǒng)的效率大為提高疚线。在FCS中,一臺PC可同時完成原來要用多臺設(shè)備才能完成的任務雀司。在多任務的Windows操作系統(tǒng)下,PC中的軟件PLC可以同時執(zhí)行多達十幾個PLC任務,既提高了效率,又降低了成本。且PC上的PLC具有在線調(diào)試和仿真功能,極大地改善了編程環(huán)境背渤。
(4)在FCS中,系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為:工控機或商用PC奉念、現(xiàn)場總線主站接口卡、現(xiàn)場總線輸入／輸出模塊熊骆、PLC或?qū)崟r多任務控制軟件包鹿竭、組態(tài)軟件和應用軟件。上位機的主要功能包括系統(tǒng)組態(tài)纳倚、數(shù)據(jù)庫組態(tài)胜溢、歷史庫組態(tài)、圖形組態(tài)章母、控制算法組態(tài)母蛛、數(shù)據(jù)報表組態(tài)、實時數(shù)據(jù)顯示乳怎、歷史數(shù)據(jù)顯示彩郊、圖形顯示、參數(shù)列表蚪缀、數(shù)據(jù)打印輸出秫逝、數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)修改、控制運算調(diào)節(jié)询枚、報警處理筷登、故障處理、通信控制和人機接口等各個方面,并真正實現(xiàn)控制集中哩盲、危險分散、數(shù)據(jù)共享狈醉、完全開放的控制要求廉油。

4結(jié)束語

由前面的闡述可以看出,FCS的技術(shù)關(guān)鍵是現(xiàn)場總線技術(shù)。它不僅具有精度高苗傅、可自診斷等優(yōu)點,而且具有控制功能,必將取代傳統(tǒng)的控制方式紧寺。連接現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)場總線是一種開放式、數(shù)字化靶疟、多接點的雙向傳輸串行數(shù)據(jù)通路,它是計算機技術(shù)虾脆、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。結(jié)合PC豐富的軟硬件資源,既克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點,又極大地提高了控制系統(tǒng)的靈活性和效率,形成了一種全新的控制系統(tǒng),開創(chuàng)了自動控制的新紀元,成為自動控制發(fā)展的必然趨勢脂桂。

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