摘要：本文介紹了羅克韋爾自動化公司的ControlLogix控制系統(tǒng)在煤氣加壓站中的應(yīng)用，詳細(xì)地敘述了該系統(tǒng)的硬件配置、軟件功能、參數(shù)控制原理以及編程調(diào)試思想，本案是自動化組態(tài)軟件在生產(chǎn)過程控制中的一個典型應(yīng)用實例。該自控系統(tǒng)投入運行后，控制性能良好，使用、維護(hù)方便，為生產(chǎn)線高效穩(wěn)定地運行提供了可靠的保障。
關(guān)鍵詞：ControlLogix 煤氣自動調(diào)節(jié) 硬件配置 軟件功能
Application practice of ControlLogix control system in gas pressure station
WANG Ping
(Automation Department, Handan Iron and Steel Group Co.Ltd., Handan 056015, Hebei China)
Abstract: This text introduces in detail the hardware compose、software function、
parameter control principle and program debugging thought of ControlLogix control
system of A-B company in gas pressure station, it is representative application of
automation configuration software in manufacture。Since it was run，control
capability is good and convenient，it had been offered credible automation safeguard
for production.
Key Words: ControlLogix gas self-regulation software and hardware compose
一 、引言
2000年邯鋼從德國克虜伯公司拆回二手設(shè)備燃?xì)廨啓C，主要消耗能源為混合煤氣。第9煤氣加壓站5#、6#加壓機將焦?fàn)t煤氣加壓到0.2Mpa，與高爐煤氣混合后向燃?xì)廨啓C提供熱值為3500±50KJ/Nm3的混合高壓煤氣，推動燃?xì)廨啓C做功，并向熱風(fēng)爐輸送一定壓力和流量的冷風(fēng)。底層控制裝置選用了美國羅克韋爾自動化公司的ControlLogix L5550系列控制平臺，它具有良好的穩(wěn)定性、擴展性、軟硬件的開放性以及友好的人機界面。其它主要測控設(shè)備有鞍山UNION公司的熱值儀和西門子公司的變頻器等。
二 、硬件構(gòu)成
1. 系統(tǒng)的拓?fù)浼軜?gòu)
圖1. 控制系統(tǒng)的拓?fù)浼軜?gòu)
圖1中示出了該系統(tǒng)的拓?fù)浼軜?gòu)，該系統(tǒng)的核心部分主要由ControlLogix L5550控制器、工業(yè)PC機和ControlNet冗余數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。1756-CNBR為ControlNet冗余通訊模板。1784-KTCX15為安裝在工控機內(nèi)的通訊卡，具有雙通道信號輸入。1786-CP為通訊電纜，1786-TPR為同軸電纜分支器。
2. ControlLogix L5550控制器的硬件配置
該控制器的硬件配置如圖2.所示。
圖2. ControlLogix L5550控制器的硬件配置
1756-PA72：電源模板 1756-L55M14：CPU模板
1756-CNBR：冗余通訊模板 1756-IF16：模擬量輸入模板
1756-IR6I：熱電阻輸入模板 1756-OF8：模擬量輸出模板
1756-IB32：數(shù)字量輸入模板 1756-OB32：數(shù)字量輸出模板
I/O模板種類繁多，具有可拆卸端子、帶電插拔、分變則報、自診斷、時間標(biāo)記、模塊
標(biāo)識、閃存升級、電子保險、單獨隔離等功能。
3． 數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成
Logix5000系列產(chǎn)品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太網(wǎng)等數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該系統(tǒng)采用了ControlNet冗余通訊網(wǎng)絡(luò)，它具有獨特、先進(jìn)、高效的Producer/Consumer技術(shù)，冗余、開放、高速、實時、對等地傳遞數(shù)據(jù)信息，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率最高達(dá)5Mb/s。ControlNet有著嚴(yán)密的通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)傳送邏輯，具有高度的確定性。
工控PC機內(nèi)安裝通訊卡，與控制器之間通過ControlNet網(wǎng)進(jìn)行通訊。通過Rslinx網(wǎng)絡(luò)通訊軟件可以方便地設(shè)定內(nèi)存地址、站地址、中斷號等參數(shù)。加壓站的實時控制網(wǎng)通過1784-KTCX網(wǎng)卡與1756-CNBR/D通訊模板互相連接。1756-CNBR/D冗余模板聯(lián)結(jié)兩條網(wǎng)絡(luò)主干線，通訊模板隨時監(jiān)聽并檢驗兩條傳輸通道上的數(shù)據(jù)傳輸。
三 、軟件概述
1. 系統(tǒng)軟件配置
操作系統(tǒng)為Windows NT6.0中文版+SP6a，監(jiān)控組態(tài)軟件為RSView32 6.3中文版，編程軟件為Rslogix5000 V11.11，網(wǎng)絡(luò)通訊軟件為RSLinx V2.2，利用它所提供的OPC接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
2. 應(yīng)用軟件功能
2.1 RSView32 6.3提供了建立有效監(jiān)視以及管理系統(tǒng)的全套工具，它是以MFC（微軟
基礎(chǔ)類庫），COM（組件對象模型）組件技術(shù)的軟件包。它具有繪圖及動畫、安全防護(hù)功能、報警功能、記錄功能、趨勢功能、事件檢測功能、與先進(jìn)的OPC協(xié)議完全兼容、ActiveX、VBA Script (腳本)語言等豐富的功能，使得軟件設(shè)計人員開發(fā)功能完善、控制內(nèi)容靈活的人機界面游刃有余。
煤氣混合站和加壓站操作站的主要畫面包括：工藝流程圖、實時數(shù)據(jù)表、控制調(diào)節(jié)畫面、實時趨勢、歷史趨勢、報警畫面、數(shù)據(jù)報表以及屏幕打印等。主要監(jiān)控畫面如圖3.所示。
圖3. 煤氣混合加壓站的主要監(jiān)視畫面
2.2 RSLogix5000梯形圖軟件編程包，有靈活易用的編輯功能，通用的操作畫面，診斷和糾錯工具。程序數(shù)據(jù)庫中有控制器標(biāo)簽Controller tag和程序標(biāo)簽Program tag兩種。與以往的SLC500系列產(chǎn)品相比，所有數(shù)據(jù)采集無須編程，直接讀取模板地址對應(yīng)的輸入數(shù)值即可。
2.3 RSLinx軟件實現(xiàn)上下位數(shù)據(jù)庫之間的連接，ControlNet網(wǎng)絡(luò)連通后，以O(shè)PC數(shù)據(jù)交換方式在RSLinx軟件中建立Topic，選定相應(yīng)的Topic建立上位數(shù)據(jù)庫，RSView32軟件所有人機交互功能即可實現(xiàn)。
四 、主要控制功能
1. 煤氣熱值自動調(diào)節(jié)
熱值是主要質(zhì)量指標(biāo)之一。煤氣混合加壓站以高爐煤氣為主，以焦?fàn)t煤氣為輔，高爐煤氣熱值約750KJ/Nm3，焦?fàn)t煤氣熱值約4000 KJ/Nm3。
煤氣熱值自動控制為串級、交叉限幅調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如圖4.所示；控制軟件中的該串級調(diào)節(jié)器如圖5.所示。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)以熱值調(diào)節(jié)為主環(huán)，焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)為副環(huán)，加入了高焦煤氣單交叉限幅。焦?fàn)t煤氣流量的設(shè)定值不單單取決于熱值調(diào)節(jié)器輸出信號MV (即圖4.中的CV1)，而且受到高爐煤氣流量的瞬時值的限制，即按高、焦理論配比值求出應(yīng)配焦?fàn)t煤氣流量值，乘以1.05和0.95作為MV的上、下限幅值MH1、ML1。
按照該控制思想，一方面使焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)量不至于過大，從而使高焦配比值在小范圍內(nèi)波動；另一方面則使主環(huán)調(diào)節(jié)器不至于產(chǎn)生調(diào)節(jié)飽和，加快了滯后較大的主環(huán)的動態(tài)響應(yīng)，改善了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
圖4. 混合煤氣熱值/焦?fàn)t煤氣流量串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖
圖5. 控制軟件中的混合煤氣熱值/焦?fàn)t煤氣流量串級調(diào)節(jié)器
ControlLogix控制器的 AO模板輸出4-20mA信號至變頻器，通過變頻器調(diào)節(jié)兩臺加壓機的轉(zhuǎn)速，改變高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的配比，從而達(dá)到調(diào)節(jié)熱值的目的。
2. 高爐煤氣壓力自動調(diào)節(jié)
3. 焦?fàn)t煤氣壓力自動調(diào)節(jié)
4. 回流閥自動調(diào)節(jié)
上述3個調(diào)節(jié)回路都是單回路PID控制系統(tǒng)。當(dāng)測量值與設(shè)定值有偏差時，該控制器經(jīng)計算輸出一個4-20mA控制信號，控制調(diào)節(jié)閥的開度。
煤氣混合站的上述4個調(diào)節(jié)器的操作監(jiān)視畫面如圖6.所示。
圖6. 煤氣混合站的4個調(diào)節(jié)器操作監(jiān)視畫面
五 、系統(tǒng)調(diào)試
1. 在工控機內(nèi)安裝好通訊網(wǎng)卡，設(shè)定好所有參數(shù)。將與PLC的通訊線接好，通過RSLinx
軟件檢測在線節(jié)點。
2. 下載梯形圖程序，初始調(diào)試階段，PLC會出現(xiàn)故障信息，在RSLogix5000中的
Controller properties 中的Major faults/Minor faults中會出現(xiàn)錯誤信息，可以幫助快速處理故障。
3. 在PID功能塊的調(diào)試中，Loop U pdate Time (回路刷新時間) 不能為零，否則下載程序肯定出錯。
4. 調(diào)試中要靈活運用AFI和TND指令。前者可以暫時中斷所在行的執(zhí)行，后者可以使
控制器停止掃描所在梯級后面的程序。
5. 對于壓力、流量等被調(diào)參數(shù)來說，對象調(diào)節(jié)通道時間常數(shù)T0較小，而負(fù)荷又變化
較快，這時微分作用和積分作用都容易引起振蕩，對調(diào)節(jié)品質(zhì)影響較大，故不采用微分調(diào)節(jié)規(guī)律。因此，高爐煤氣壓力自動調(diào)節(jié)、焦?fàn)t煤氣壓力自動調(diào)節(jié)、回流閥自動調(diào)節(jié)都采用PI調(diào)節(jié)方式。P值愈大，比例調(diào)節(jié)作用愈強；I值愈小，積分作用愈強（即達(dá)到目標(biāo)值愈快——編者注）。
6. 對于溫度、成分等測量通道和調(diào)節(jié)通道的時間常數(shù)較大的系統(tǒng)來說，采用微分調(diào)節(jié)規(guī)律，
微分的超前作用能夠起到較好的效果。由于熱值檢測的慣性滯后，PID中加入了微分調(diào)節(jié)規(guī)律。
六、結(jié)束語
該系統(tǒng)自投運以來，在生產(chǎn)正常的情況下，熱值穩(wěn)定在3500 KJ/Nm3左右，壓力穩(wěn)定在13.5Kpa左右，完全滿足了用戶提出的工藝要求。同時輸出給變頻器的電流信號平穩(wěn)波動，煤氣超壓泄放閥一般處于關(guān)閉狀態(tài)，大大減少了煤氣泄放量，達(dá)到了安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的目的。
作者：王萍
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