施耐德 PLC PLC 控制系统在邯钢西区焦化厂的应用

供稿|苗贵仓/ MIAO Gui-cang

内容导读

文章阐述了施耐德Quantum PLC控制系统在邯钢西区焦化厂的应用,对以中央控制室为中心,与备煤、筛焦、1#和2#焦炉、3#和4#焦炉、1#和2#焦炉地面除尘站、3#和4#焦炉地面除尘站、筛焦楼除尘、转运站除尘等8个岗位组成的环形网络拓扑结构进行了介绍,对各个岗位PLC系统的网络结构形式和硬件模件的构成进行了详细描述,对下位编程软件UNITY PRO 3.0和上位监控组态软件CITECT 7.0在CS网络控制结构中的作用进行了详细的介绍,该系统的成功使用为操作人员配备提供了宽松条件,并为各个工艺流程的长期安全稳定生产打下了坚实的基础.

邯钢西区焦化项目 2007 年开始筹建,历经2年,于 2009 年全部投产.西区煤焦综合控制系统采用了施耐德的 Quantum PLC 系列产品,监控范围包括 4 座 7 m 焦炉、备煤系统、筛焦系统、1# 和 2# 焦炉地面除尘站、3# 和 4# 焦炉地面除尘站、转运站除尘和筛焦楼除尘等几部分,实现各岗位工艺设备的控制和操作、参数监视和记录等任务,满足各岗位操作人员的操作要求,并为工艺技术人员提供准确的动态工艺流程图和可靠数据,满足对生产过程的分析和计算要求.

网络结构

煤焦综合控制系统以煤焦中央控制室为中心,主干网拓扑网络结构为环形网络结构,通过赫斯曼交换机和多模光纤等工业控制网络设备,将 1# 和 2# 焦炉、3# 和 4# 焦炉、备煤、筛焦、1# 和 2# 焦炉地面除尘站、3# 和 4# 地面除尘站、转运站除尘、筛焦楼除尘等各个控制主站连接,实现服务器、各个操作站、各岗位 PLC 控制器的通讯,并完成各岗位工艺参数的控制、监视和操作任务.采用环形网络结构,在任一点网络光纤损坏或网络设备故障的情况下,依然可以保证整个网络的畅通和正常运转,实现服务器和操作站与各个岗位控制器的数据通讯,保证控制系统的正常运行和生产的顺利进行.通过巡检各个交换机状态可以快速发现网络故障点,及时处理.拓扑网络结构如图 1.

图 1 煤焦综合控制系统网络拓扑结构图

备煤控制系统和筛焦控制系统因为控制距离远,控制岗位分散,所以分别设置了一个本地站和三个远程站,采用了总线型双网路网络结构.备煤 PLC 控制器主站 (本地站) 在 2# 变电所,远程站有 1# 受煤 (远程站 1)、粉碎机 (远程站 2)、3# 变电所 (远程站 3) 等,筛焦 PLC 控制器主站 (本地站) 在筛焦楼,远程站有 106 转运站 (远程站 1)、104 转运站 (远程站 2)、103 转运站 (远程站 3) 等.

本地机柜的各个机架,通过本地站远程 I/O 模块,远程机架远程 I/O 模块,远程 I/O 电缆分支器和同轴电缆,使用双路网络结构进行连接.本地机架与远程机架的连接,使用两对 RIO 光纤中继器和双路多模光纤的网路结构进行连接.双路网络结构,大大提高了各个机架间网络的运行稳定性和安全性.网络结构如图 2.

图 2 备煤控制系统和筛焦控制系统网络结构图

网络硬件设备包括:

主干网络设备:交换机 (赫斯曼交换机 RS20-0800,RS20-2400,RS20-1600,RS20-0400),多模光纤,光纤终端盒等.

子网络设备:

RIO 光纤中继器 490NRP95400

远程 I/O 电缆分支器:MA0185100

远程 I/O 电缆分离器:MA0186100

多模光纤,光纤终端盒等.

PLC 控制系统

焦炉、备煤、筛焦控制系统因为其生产的连续性和重要性,控制站均采用了 CPU、电源、网络冗余的硬件结构.每个系统的 CPU 采用了两个 140CPU67160 高端处理器,通过两个 CPU 的热备光纤接口、使用热备光纤将两个 CPU 连接,实现两个CPU互为热备运行,正常情况下,一个作为主 CPU,处于运行状态,一个为辅 CPU,处于热备状态,当主 CPU 出现故障时,热备 CPU 无扰切换为主 CPU,保证控制系统的正常运行.机架电源采用了 140CPS12420 冗余电源模块,每个机架配备两块冗余电源模块,当一块电源模块出现故障时,仍然可以保证本机架的正常供电,确保各模板的运行.

主机架远程 I/O 模块采用 140CRP93200,各个远程机架远程 I/O 模块采用 140CRA93200.本地机柜的机架,通过远程 I/O 电缆分支器和同轴电缆,使用双路网络结构进行连接.本地机架与远程机架的连接,使用两对 RIO 光纤中继器和双路多模光纤的双网路结构进行连接. 这种硬件结构,保证了各个控制站系统的 CPU 冗余,电源冗余和网络冗余,确保了各个控制系统在各种情况下的安全稳定运行.系统结构示意图如图 3.

图 3 PLC 控制系统结构示意图

1# 和 2# 焦炉地面除尘站、3# 和 4# 焦炉地面除尘站、转运站除尘、筛焦楼除尘等岗位,考虑到其对生产影响的次要性和生产的非连续性,控制系统采用了相对廉价的非冗余硬件结构.CPU 采用了 Quantum PLC 的新型 CPU 模块 140CPU65150,电源模块采用了 140CPS11420,本地各机架的网络连接结构与备煤、筛焦和焦炉相同,主机架远程 I/O 模块采用 140CRP93200,各个子机架远程I/O模块采用 140CRA93200 通过远程 I/O 电缆分支器和同轴电缆组成双路网络结构.通过 CPU 的 RJ-45 接口连接于环形网络中的交换机,与煤焦中控室的服务器和操作站实现通讯.

1# 湿法熄焦和 2# 湿法熄焦 CPU 采用了Quantum140-CPU-X13-0X 模块,电源模块采用了140CPS114X0,通过以太网模块 140NOE77101 和光纤与中控室的服务器进行通讯.PLC 控制系统硬件设备包括以下设备.

机架 140 XBP 00600

140 XBP 01000

电源 140 CPS 12420

CPU 140 CPU 67160

远程 RIO 模块 140 CRP 93X00

140 CRA 93X00

以太网通讯模块:140 NOE 77101

DI 模块 140 DDI 35300

DO 模块 140 DDO 35300

AI 模块 140 ACI 04000

AO 模块 140 ACO 13000

机架 140 XBP 00600

140 XBP 01600电源 140 CPS 12420 CPU 140 CPU 67160远程 RIO 模块 140 CRP 93X00 140 CRA 93X00 DI 模块 140 DAI75300 DO 模块 140 DAO 85300 AI 模块 140 ACI 03000 ARI 模块 140 ARI 03000

机架:140 XBP 01600

电源 140 CPS 11420

CPU 140 CPU 67150

远程 RIO 模块 140 CRP 93X00 140 CRA 9X200 DI 模块 140 DAI75300 DO 模块 140 DAO 85300 AI 模块 140 ACI 03000 ARI 模块 140 ACO 02000

编程软件系统

下位编程软件采用了 Unity pro XL3.0,上位监控采用了 Vijeo Citect 7.0.

上位机与各个 CPU 的通讯由上位软件 Vijeo Citect 7.0 组态的两台互为冗余的服务器实现,通过上位监控软件组态形成服务器-客户端 (CS) 网络控制结构.各个服务器和客户端均可以通过 Unity pro XL3.0 软件,通过访问各个控制站中 CPU 不同的网络地址,与环形网中的任意 CPU 实现通讯,完成编程,调试和投运任务.两台互为冗余的服务器,由上位软件 Vijeo Citect 7.0 组态成 IP 地址相连的主从服务器结构,当主服务器发生故障或停运时,从服务器无扰动自动切换为主服务器,保证整个系统的安全运行.

客户根据各个操作岗位的任务分工,建立满足本岗位需要的 I/O 变量,趋势变量和报警变量,并最终将各个岗位的变量集中整合到服务器中的 I/O变量,趋势变量和报警变量中去,服务器中通过建立不同的 IODev 和对应的 IP 地址,完成为不同岗位的客户端分别提供数据的服务.客户端可以设置不同的监控范围和操作权限,将操作人员分为操作工、工长和工程师三个操作级别,满足不同级别的操作要求.

结束语

施耐德 Quantum PLC 控制系统在邯钢西区焦化的成功应用,满足了四座焦炉、备煤工艺流程、筛焦工艺流程、焦炉地面除尘、筛焦楼除尘、转运站除尘等岗位工艺参数的监视、控制、操作要求.CS 网络结构,使得系统维护人员在服务器上就可以集中访问和修改各个岗位的程序、画面等,不仅方便了系统维护工作,也为将来二级、三级系统的建立提供了基础.中央控制室的集中设置,方便了各岗位操作人员相互交流,同时为生产工艺技术人员对生产过程的集中分析提供了方便,得到了各岗位操作人员和分厂技术人员的认可,并大大减少了操作人员,为生产人员配备提供了宽松的条件.系统投运以来,运行稳定,为各个工艺流程的长期安全稳定生产打下了坚实的基础.