施耐德QUANTUM PLC在高爐生產(chǎn)中的應用(二)
五、系統(tǒng)組成
1、硬件組成
圖3 高爐PLC硬件配置簡圖
高爐、熱風爐PLC部分采用遠程I/O（RIO），配置成單纜方式。
高爐部分PLC共有13個遠程站。高爐部分PLC硬件配置簡圖見圖3。
熱風爐部分PLC共有8個遠程站。
2、軟件組成：
2.1、工程師站組態(tài)軟件包選用了Concept V2.2編程軟件，它易于使用，功能豐富，具有5種符合IEC1131-3標準的編程模式。特別是軟件仿真測試功能最受用戶歡迎，大大縮短了在線調(diào)試時間。
高爐及熱風爐根據(jù)控制流程不同，采用了LD、FBD兩種編程方式。
2.2、操作員站監(jiān)控軟件包選用了Monitor Pro 。它是基于實時數(shù)據(jù)庫核心的軟件系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集實時性好，基于Server/Client結(jié)構(gòu)的上位監(jiān)控軟件集HMI、SCADA、MES三大功能于一身。
高爐利用Monitor Pro軟件實現(xiàn)了實時、歷史趨勢，數(shù)據(jù)報表，數(shù)據(jù)采集，報警記錄，動態(tài)顯示等豐富功能。
2.3、運行環(huán)境：操作系統(tǒng)采用Windows NT4.0中文版工作站+SP6a。
3、網(wǎng)絡構(gòu)成：
圖4 網(wǎng)絡拓樸結(jié)構(gòu)
圖中ES是工程師站， OS是操作員站，CS是控制站。
六、解決方案
1、計算機控制系統(tǒng)選用施耐德公司Quantum自動化平臺，分為高爐本體、熱風爐兩套PLC系統(tǒng)（CPU為熱備），4臺上位工作站，共有1500余個I/O點。其中模擬量點900點，數(shù)字量點600點，控制回路60個。
2、2000m3高爐計算機系統(tǒng)使用的Modbus TCP/IP Ethernet，數(shù)據(jù)傳輸速率高達100MBPS，采用信息行業(yè)的事實標準TCP/IP，應用層使用Modbus協(xié)議，幾乎不會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突，交換式以太網(wǎng)技術的使用，更加避免沖突發(fā)生。通過140NOE77100模塊Peer Cop可以定義I/O數(shù)據(jù)表，使用Internet Explorer查看以太網(wǎng)狀態(tài)統(tǒng)計信息和現(xiàn)場I/O數(shù)據(jù)，也可通過其它內(nèi)嵌功能，如基于Web的BOOTP服務器配置，SNMP協(xié)議支持等，使網(wǎng)絡建立、調(diào)試、管理都變得簡單。
3、每套PLC系統(tǒng)通過插在主底板上的140NOE77100 TCP/IP Ethernet模塊連接在100M快速以太網(wǎng)上，由于位置比較集中，都采用雙絞線連接。上位監(jiān)控機采用雙絞線連接快速以太網(wǎng)。兩套PLC系統(tǒng)實現(xiàn)熱備，每臺上位監(jiān)控機內(nèi)各插1塊3COM 公司生產(chǎn)的3C905B 100M以太網(wǎng)卡。
4、上位工作站由工業(yè)控制計算機完成整個系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)采集、運行狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)設備控制及其工業(yè)數(shù)據(jù)的采集、報表生成、打印、數(shù)據(jù)備份等工作。具有畫面顯示、趨勢曲線、報警處理、班日月報表、數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)上瀏覽等功能。涉及參數(shù)有壓力、溫度、差壓、流量、質(zhì)量、料位、閥位、液位等等。
5、高爐及熱風爐調(diào)節(jié)回路較多，控制工藝復雜，靈活的Concept編程軟件為實現(xiàn)各種控制工藝提供了豐富的功能。例如PID功能塊就有8種，可以根據(jù)生產(chǎn)實際編寫出各種需求的功能。
圖5 熱風爐廢氣溫度與煤氣支管流量串級控制功能圖
6、軟件系統(tǒng)設計包括PLC組態(tài)及參數(shù)配置、系統(tǒng)監(jiān)控程序設計、網(wǎng)絡通信配置、操作員站及調(diào)度室站人機界面系統(tǒng)設計等幾個部分。PLC組態(tài)及參數(shù)配置、監(jiān)控系統(tǒng)編程均在Concept V2.2環(huán)境下完成，程序功能包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)量程變換、參數(shù)監(jiān)視及異常處理、各種連鎖及控制等。網(wǎng)絡配置包括PLC端和PC機端兩部分。人機界面系統(tǒng)設計由Monitor Pro軟件實現(xiàn)，包括畫面設計、過程數(shù)據(jù)庫建立以及監(jiān)控軟件功能塊的編制等。
7、變頻器主要是控制兩臺交流調(diào)速電機帶動風機為燃氣輪機煤氣加壓。通過計算機程序PID功能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，PLC輸出模板輸出4-20mA標準信號給變頻器。
七、應用總結(jié)
1、所有I/O模板均可在系統(tǒng)運行的情況下帶電熱插拔，無需停止系統(tǒng)，極大地方便了在線處理故障。
2、LED狀態(tài)指示器，直觀地顯示CPU及其I/O模板通道狀態(tài)，為快速檢修故障提供了極大方便。
3、開放的、標準的通訊協(xié)議滿足了不同崗位計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞,易于連接到企業(yè)管理網(wǎng)，可與常見辦公軟件進行數(shù)據(jù)交換，大幅度降低工程設計、維護費用。
4、熱備CPU可以在主CPU發(fā)生故障時自動迅速切換，提高了系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。
5、施耐德電氣產(chǎn)品的優(yōu)異性能、穩(wěn)定可靠的運行為2000m3高爐達產(chǎn)創(chuàng)效提供了良好的技術支撐。
1、硬件組成
圖3 高爐PLC硬件配置簡圖
高爐、熱風爐PLC部分采用遠程I/O（RIO），配置成單纜方式。
高爐部分PLC共有13個遠程站。高爐部分PLC硬件配置簡圖見圖3。
熱風爐部分PLC共有8個遠程站。
2、軟件組成：
2.1、工程師站組態(tài)軟件包選用了Concept V2.2編程軟件，它易于使用，功能豐富，具有5種符合IEC1131-3標準的編程模式。特別是軟件仿真測試功能最受用戶歡迎，大大縮短了在線調(diào)試時間。
高爐及熱風爐根據(jù)控制流程不同，采用了LD、FBD兩種編程方式。
2.2、操作員站監(jiān)控軟件包選用了Monitor Pro 。它是基于實時數(shù)據(jù)庫核心的軟件系統(tǒng)，工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集實時性好，基于Server/Client結(jié)構(gòu)的上位監(jiān)控軟件集HMI、SCADA、MES三大功能于一身。
高爐利用Monitor Pro軟件實現(xiàn)了實時、歷史趨勢，數(shù)據(jù)報表，數(shù)據(jù)采集，報警記錄，動態(tài)顯示等豐富功能。
2.3、運行環(huán)境：操作系統(tǒng)采用Windows NT4.0中文版工作站+SP6a。
3、網(wǎng)絡構(gòu)成：
圖4 網(wǎng)絡拓樸結(jié)構(gòu)
圖中ES是工程師站， OS是操作員站，CS是控制站。
六、解決方案
1、計算機控制系統(tǒng)選用施耐德公司Quantum自動化平臺，分為高爐本體、熱風爐兩套PLC系統(tǒng)（CPU為熱備），4臺上位工作站，共有1500余個I/O點。其中模擬量點900點，數(shù)字量點600點，控制回路60個。
2、2000m3高爐計算機系統(tǒng)使用的Modbus TCP/IP Ethernet，數(shù)據(jù)傳輸速率高達100MBPS，采用信息行業(yè)的事實標準TCP/IP，應用層使用Modbus協(xié)議，幾乎不會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突，交換式以太網(wǎng)技術的使用，更加避免沖突發(fā)生。通過140NOE77100模塊Peer Cop可以定義I/O數(shù)據(jù)表，使用Internet Explorer查看以太網(wǎng)狀態(tài)統(tǒng)計信息和現(xiàn)場I/O數(shù)據(jù)，也可通過其它內(nèi)嵌功能，如基于Web的BOOTP服務器配置，SNMP協(xié)議支持等，使網(wǎng)絡建立、調(diào)試、管理都變得簡單。
3、每套PLC系統(tǒng)通過插在主底板上的140NOE77100 TCP/IP Ethernet模塊連接在100M快速以太網(wǎng)上，由于位置比較集中，都采用雙絞線連接。上位監(jiān)控機采用雙絞線連接快速以太網(wǎng)。兩套PLC系統(tǒng)實現(xiàn)熱備，每臺上位監(jiān)控機內(nèi)各插1塊3COM 公司生產(chǎn)的3C905B 100M以太網(wǎng)卡。
4、上位工作站由工業(yè)控制計算機完成整個系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)采集、運行狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)設備控制及其工業(yè)數(shù)據(jù)的采集、報表生成、打印、數(shù)據(jù)備份等工作。具有畫面顯示、趨勢曲線、報警處理、班日月報表、數(shù)據(jù)管理及網(wǎng)上瀏覽等功能。涉及參數(shù)有壓力、溫度、差壓、流量、質(zhì)量、料位、閥位、液位等等。
5、高爐及熱風爐調(diào)節(jié)回路較多，控制工藝復雜，靈活的Concept編程軟件為實現(xiàn)各種控制工藝提供了豐富的功能。例如PID功能塊就有8種，可以根據(jù)生產(chǎn)實際編寫出各種需求的功能。
圖5 熱風爐廢氣溫度與煤氣支管流量串級控制功能圖
6、軟件系統(tǒng)設計包括PLC組態(tài)及參數(shù)配置、系統(tǒng)監(jiān)控程序設計、網(wǎng)絡通信配置、操作員站及調(diào)度室站人機界面系統(tǒng)設計等幾個部分。PLC組態(tài)及參數(shù)配置、監(jiān)控系統(tǒng)編程均在Concept V2.2環(huán)境下完成，程序功能包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)量程變換、參數(shù)監(jiān)視及異常處理、各種連鎖及控制等。網(wǎng)絡配置包括PLC端和PC機端兩部分。人機界面系統(tǒng)設計由Monitor Pro軟件實現(xiàn)，包括畫面設計、過程數(shù)據(jù)庫建立以及監(jiān)控軟件功能塊的編制等。
7、變頻器主要是控制兩臺交流調(diào)速電機帶動風機為燃氣輪機煤氣加壓。通過計算機程序PID功能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，PLC輸出模板輸出4-20mA標準信號給變頻器。
七、應用總結(jié)
1、所有I/O模板均可在系統(tǒng)運行的情況下帶電熱插拔，無需停止系統(tǒng)，極大地方便了在線處理故障。
2、LED狀態(tài)指示器，直觀地顯示CPU及其I/O模板通道狀態(tài)，為快速檢修故障提供了極大方便。
3、開放的、標準的通訊協(xié)議滿足了不同崗位計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞,易于連接到企業(yè)管理網(wǎng)，可與常見辦公軟件進行數(shù)據(jù)交換，大幅度降低工程設計、維護費用。
4、熱備CPU可以在主CPU發(fā)生故障時自動迅速切換，提高了系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。
5、施耐德電氣產(chǎn)品的優(yōu)異性能、穩(wěn)定可靠的運行為2000m3高爐達產(chǎn)創(chuàng)效提供了良好的技術支撐。
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