ControlLogix控制系统在煤气加压站中的应用

摘要：本文介绍了罗克韦尔自动化公司的ControlLogix控制系统在煤气加压站中的应用，详细地叙述了该系统的硬件配置、软件功能、参数控制原理以及编程调试思想，本案是自动化组态软件在生产过程控制中的一个典型应用实例。该自控系统投入运行后，控制性能良好，使用、维护方便，为生产线高效稳定地运行提供了可靠的保障。
关键词：ControlLogix 煤气自动调节 硬件配置 软件功能
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年邯钢从德国克虏伯公司拆回二手设备燃气轮机，主要消耗能源为混合煤气。第9煤气加压站5#、6#加压机将焦炉煤气加压到0.2Mpa，与高炉煤气混合后向燃气轮机提供热值为3500±50KJ/Nm3的混合高压煤气，推动燃气轮机做功，并向热风炉输送一定压力和流量的冷风。底层控制装置选用了美国罗克韦尔自动化公司的ControlLogix L5550系列控制平台，它具有良好的稳定性、扩展性、软硬件的开放性以及友好的人机界面。其它主要测控设备有鞍山UNION公司的热值仪和西门子公司的变频器等。

二 、硬件构成
1. 系统的拓扑架构

图1. 控制系统的拓扑架构
       图1中示出了该系统的拓扑架构，该系统的核心部分主要由ControlLogix L5550控制器、工业PC机和ControlNet冗余数据通讯网络构成。1756-CNBR为ControlNet冗余通讯模板。1784-KTCX15为安装在工控机内的通讯卡，具有双通道信号输入。1786-CP为通讯电缆，1786-TPR为同轴电缆分支器。
2. ControlLogix L5550控制器的硬件配置
该控制器的硬件配置如图2.所示。

图2. ControlLogix L5550控制器的硬件配置
1756-PA72：电源模板 1756-L55M14：CPU模板
1756-CNBR：冗余通讯模板 1756-IF16：模拟量输入模板
1756-IR6I：热电阻输入模板 1756-OF8：模拟量输出模板
1756-IB32：数字量输入模板 1756-OB32：数字量输出模板
I/O模板种类繁多，具有可拆卸端子、带电插拔、分变则报、自诊断、时间标记、模块
标识、闪存升级、电子保险、单独隔离等功能。
3． 数据通讯网络的构成
         Logix5000系列产品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太网等数据通信网络架构。该系统采用了ControlNet冗余通讯网络，它具有独特、先进、高效的Producer/Consumer技术，冗余、开放、高速、实时、对等地传递数据信息，网络传输速率最高达5Mb/s。ControlNet有着严密的通讯协议和数据传送逻辑，具有高度的确定性。
        工控PC机内安装通讯卡，与控制器之间通过ControlNet网进行通讯。通过Rslinx网络通讯软件可以方便地设定内存地址、站地址、中断号等参数。加压站的实时控制网通过1784-KTCX网卡与1756-CNBR/D通讯模板互相连接。1756-CNBR/D冗余模板联结两条网络主干线，通讯模板随时监听并检验两条传输通道上的数据传输。

三 、软件概述
1. 系统软件配置
操作系统为Windows NT6.0中文版+SP6a，监控组态软件为RSView32 6.3中文版，编程软件为Rslogix5000 V11.11，网络通讯软件为RSLinx V2.2，利用它所提供的OPC接口进行数据采集。
2. 应用软件功能
2.1 RSView32 6.3提供了建立有效监视以及管理系统的全套工具，它是以MFC（微软
基础类库），COM（组件对象模型）组件技术的软件包。它具有绘图及动画、安全防护功能、报警功能、记录功能、趋势功能、事件检测功能、与先进的OPC协议完全兼容、ActiveX、VBA Script (脚本)语言等丰富的功能，使得软件设计人员开发功能完善、控制内容灵活的人机界面游刃有余。
煤气混合站和加压站操作站的主要画面包括：工艺流程图、实时数据表、控制调节画面、实时趋势、历史趋势、报警画面、数据报表以及屏幕打印等。主要监控画面如图3.所示。

图3. 煤气混合加压站的主要监视画面
2.2 RSLogix5000梯形图软件编程包，有灵活易用的编辑功能，通用的操作画面，诊断和纠错工具。程序数据库中有控制器标签Controller tag和程序标签Program tag两种。与以往的SLC500系列产品相比，所有数据采集无须编程，直接读取模板地址对应的输入数值即可。
2.3 RSLinx软件实现上下位数据库之间的连接，ControlNet网络连通后，以OPC数据交换方式在RSLinx软件中建立Topic，选定相应的Topic建立上位数据库，RSView32软件所有人机交互功能即可实现。

四 、主要控制功能
1. 煤气热值自动调节
        热值是主要质量指标之一。煤气混合加压站以高炉煤气为主，以焦炉煤气为辅，高炉煤气热值约750KJ/Nm3，焦炉煤气热值约4000 KJ/Nm3。
        煤气热值自动控制为串级、交叉限幅调节系统，如图4.所示；控制软件中的该串级调节器如图5.所示。该调节系统以热值调节为主环，焦炉煤气流量调节为副环，加入了高焦煤气单交叉限幅。焦炉煤气流量的设定值不单单取决于热值调节器输出信号MV (即图4.中的CV1)，而且受到高炉煤气流量的瞬时值的限制，即按高、焦理论配比值求出应配焦炉煤气流量值，乘以1.05和0.95作为MV的上、下限幅值MH1、ML1。 
        按照该控制思想，一方面使焦炉煤气流量调节器的调节量不至于过大，从而使高焦配比值在小范围内波动；另一方面则使主环调节器不至于产生调节饱和，加快了滞后较大的主环的动态响应，改善了系统的调节品质。

图4. 混合煤气热值/焦炉煤气流量串级调节系统方框图

图5. 控制软件中的混合煤气热值/焦炉煤气流量串级调节器
ControlLogix控制器的 AO模板输出4-20mA信号至变频器，通过变频器调节两台加压机的转速，改变高炉煤气与焦炉煤气的配比，从而达到调节热值的目的。
2. 高炉煤气压力自动调节
3. 焦炉煤气压力自动调节
4. 回流阀自动调节
上述3个调节回路都是单回路PID控制系统。当测量值与设定值有偏差时，该控制器经计算输出一个4-20mA控制信号，控制调节阀的开度。
煤气混合站的上述4个调节器的操作监视画面如图6.所示。

图6. 煤气混合站的4个调节器操作监视画面

五 、系统调试
1. 在工控机内安装好通讯网卡，设定好所有参数。将与PLC的通讯线接好，通过RSLinx
软件检测在线节点。
2. 下载梯形图程序，初始调试阶段，PLC会出现故障信息，在RSLogix5000中的
Controller properties 中的Major faults/Minor faults中会出现错误信息，可以帮助快速处理故障。
3. 在PID功能块的调试中，Loop U pdate Time (回路刷新时间) 不能为零，否则下载程序肯定出错。
4. 调试中要灵活运用AFI和TND指令。前者可以暂时中断所在行的执行，后者可以使
控制器停止扫描所在梯级后面的程序。
5. 对于压力、流量等被调参数来说，对象调节通道时间常数T0较小，而负荷又变化
较快，这时微分作用和积分作用都容易引起振荡，对调节品质影响较大，故不采用微分调节规律。因此，高炉煤气压力自动调节、焦炉煤气压力自动调节、回流阀自动调节都采用PI调节方式。P值愈大，比例调节作用愈强；I值愈小，积分作用愈强（即达到目标值愈快&md