淺談Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線在煤氣回收改造中的應(yīng)用-技術(shù)方案

淺談Profibus—DP現(xiàn)場(chǎng)總線在煤氣回收改造中的應(yīng)用-技術(shù)方案1引言

自控系統(tǒng)是當(dāng)代進(jìn)展快速，應(yīng)用廣泛，引人矚目的高技術(shù)之一；是推動(dòng)新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的技術(shù)。通俗地說，自動(dòng)化就是用機(jī)器設(shè)備或系統(tǒng)代替人完成某種生產(chǎn)任務(wù)，或者代替人實(shí)現(xiàn)某種過程，或代替人進(jìn)行事務(wù)管理工作。嚴(yán)格地說，自動(dòng)化就是指在沒有人的直接參加下，機(jī)器設(shè)備或生產(chǎn)管理過程通過自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析推斷自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的操作或某種過程。自動(dòng)掌握系統(tǒng)是具有肯定功能，可以完成某種掌握任務(wù)的系統(tǒng)。自動(dòng)掌握系統(tǒng)的組成和工作原理與人體的構(gòu)成和工作機(jī)理有許多相像之處：自動(dòng)掌握系統(tǒng)中有相當(dāng)于人的感覺器官的傳感器，有相當(dāng)于人的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的掌握裝置，也有相當(dāng)于人的手、腿及其肌肉的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。傳感器用于檢測(cè)指令信息、外界變化信息以及被控對(duì)象的狀態(tài)信息，并將其變換成電信號(hào)傳給掌握裝置。掌握裝置則計(jì)算出被控對(duì)象的當(dāng)前狀態(tài)（稱為被控量，或系統(tǒng)的輸出量）與所盼望的狀態(tài)（稱為輸入信號(hào)）之差，并依據(jù)這一偏差（稱為誤差信號(hào)）按肯定規(guī)律產(chǎn)生出掌握信號(hào)，然后經(jīng)過放大，送給操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象運(yùn)動(dòng)，直到它的狀態(tài)達(dá)到所盼望的狀態(tài)為止。這種把系統(tǒng)的輸出或系統(tǒng)的另外一些受控變量和系統(tǒng)的輸入作比較后，形成的掌握稱為閉環(huán)掌握或反饋掌握。

萊鋼集團(tuán)股份公司所屬煉鋼廠是該公司支柱單位，應(yīng)生產(chǎn)要求，對(duì)原煤氣回收自控系統(tǒng)進(jìn)行改造，原有的煤氣回收自控系統(tǒng)于1998年投運(yùn)，采納德國(guó)siemens公司的s5plc系統(tǒng)，PLC是由摸仿原繼電器掌握原理進(jìn)展起來的，二十世紀(jì)七十年月的PLC只有開關(guān)量規(guī)律掌握，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行規(guī)律運(yùn)算、挨次掌握、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來掌握各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的掌握程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算規(guī)律方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K規(guī)律程序不到1毫秒。它把全部的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的掌握器。上位機(jī)采納研華ipc—610（p166），mmi系統(tǒng)采納fixdmacs監(jiān)控軟件，并采納以同軸電纜為介質(zhì)，基于tf協(xié)議的sinech1的以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

原系統(tǒng)漸漸暴露出越來越多的問題，主要突出在以下幾個(gè)方面：

（1）無(wú)法滿意硬件和軟件擴(kuò)容的需要；

（2）備品備件陳舊，供貨困難；

（3）網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，維護(hù)難度大；

（4）編程環(huán)境基于dos，無(wú)法與監(jiān)控平臺(tái)接口。

2系統(tǒng)介紹

現(xiàn)場(chǎng)總線是指以工廠內(nèi)的測(cè)量和掌握機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。也就是將傳感器、各種操作終端和掌握器間的通訊及掌握器之間的通訊進(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)。原來這些機(jī)器間的主體配線是ON/OFF、接點(diǎn)信號(hào)和模擬信號(hào)，通過通訊的數(shù)字化，使時(shí)間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高牢靠化、保養(yǎng)簡(jiǎn)便化、節(jié)約配線（配線的共享）。是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、掌握器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)掌握設(shè)備和掌握系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。

此次系統(tǒng)改造除考慮將plc升級(jí)之外，還要將環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)改為星狀結(jié)構(gòu)，用profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線。掌握方式采納現(xiàn)場(chǎng)總線掌握方式適于轉(zhuǎn)爐煤氣回收現(xiàn)場(chǎng)分散的掌握設(shè)備性以及惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

plc采納siemens公司s7-300，監(jiān)控站采納研華piii系列。plc與上位機(jī)則采納了基于tcp/ip協(xié)議、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)通訊方式。星型連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)的牢靠性、擴(kuò)充性更強(qiáng)；由于網(wǎng)絡(luò)走線距離長(zhǎng)，通訊介質(zhì)采納光纜，可以支持100mbps的通訊速率、幾十公里超長(zhǎng)的傳輸距離、很強(qiáng)的抗干擾力量以及極低的誤碼率。為了能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，采納了turck公司功能防護(hù)等級(jí)高的pdp、sdpb系列i/o模塊作為遠(yuǎn)程站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)采集。turck遠(yuǎn)程模塊具有高防護(hù)等級(jí)、愛護(hù)力量以及完善的診斷功能，特別適合用于條件差的現(xiàn)場(chǎng)，降低了維護(hù)成本，改造方案如圖2所示。

（1）plc配置

支持profibus-dp總線協(xié)議的cpu315-2dp1塊、支持tcp/ip通訊協(xié)議的cp343-11塊、ps307（考慮到主機(jī)架模塊的背板電流消耗較小，電源模塊容量選擇為5a）1塊、32點(diǎn)24vdi模板3塊、32點(diǎn)24vdo模板2塊、8路ai模板1塊。

爐前掌握采納bl20，pdp、sdpb系列i/o模塊則用于現(xiàn)場(chǎng)掌握。

（2）turck系統(tǒng)硬件配置為：

（a）現(xiàn)場(chǎng)掌握：

4路ai模塊（sdpb-40a-0007）21塊、4路rtd模塊（sdpb-40a-0009）11塊、16點(diǎn)di（pdp-im16-0002）3塊、8點(diǎn)do（pdp-om8-0004，2a）4塊。

（b）爐前掌握：

3座轉(zhuǎn)爐爐前掌握系統(tǒng)的硬件配置相同，均為：

profibus-dp耦合器（bl20-gw-pbdp-12mb，12mbps）1塊、總線電源模塊（bl20-br-24vdc-d）1塊、32點(diǎn)di模板（bl20-32di-24vdc-p）1塊、輸出模板供電模塊（bl20-pf-24vdc-d）1塊、16點(diǎn)do模板（bl20-16do-24vdc-0.5a-p，0.5a）1塊。

（3）上位機(jī)則全部采納高性能的臺(tái)灣研華工控機(jī)ipc-610（pⅲ1.0g/256m/40g）。

3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件編制

整個(gè)煤氣回收生產(chǎn)過程工藝流程圖如圖3所示。

整個(gè)煤氣回收生產(chǎn)過程的plc掌握軟件由梯形圖，挨次圖，語(yǔ)句表三部分組成，使用step7軟件。

3.1程序的編制和結(jié)構(gòu)

本著掌握程序應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)潔，安全牢靠，易讀，可修改性質(zhì)等要求，采納模塊化編程結(jié)構(gòu)，完成掌握程序的結(jié)構(gòu)功能框圖，掌握程序的結(jié)構(gòu)功能框圖如圖4所示。

本程序主要的功能模塊有：

（1）自診斷程序

完成系統(tǒng)硬件故障和軟件故障的分析識(shí)別，并做出適當(dāng)處理。防止消失事故停機(jī)，并能完成通訊中斷后的自動(dòng)啟動(dòng)。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理程序

完成開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)、二次處理和一些工程量轉(zhuǎn)換等。

（3）報(bào)警和事故處理程序

完成風(fēng)機(jī)電流以及其它重要過程參數(shù)的監(jiān)測(cè)報(bào)警和事故的緊急處理。

（4）煤氣回收、放散過程掌握程序

完成正常生產(chǎn)過程中煤氣回收，放散過程中的設(shè)備運(yùn)作聯(lián)鎖掌握和回路調(diào)整掌握。

（5）生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：對(duì)回收、吹氧、降罩等重要生產(chǎn)行為的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（6）風(fēng)機(jī)運(yùn)行掌握：可完成對(duì)4臺(tái)風(fēng)機(jī)以及相關(guān)負(fù)數(shù)設(shè)備的自動(dòng)化掌握。

3.2操作界面組態(tài)設(shè)計(jì)

監(jiān)控操作界面采納siemens公司的基于windows2000平臺(tái)的wincc軟件包，它是一套供應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，過程可視化及過程監(jiān)控功能的工業(yè)自動(dòng)化軟件。其自身的數(shù)據(jù)庫(kù)容量大，并且可用c語(yǔ)言編程。

依據(jù)工藝要求，編制工藝流程圖、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖、歷史趨勢(shì)圖、報(bào)警圖等，再把數(shù)據(jù)信息填充連接到編制好的各種圖和輸出報(bào)表中。全部這些組件功能集成為一體、實(shí)時(shí)、綜合