GE RX7I PAC系統在裂解壓縮機組上的應用

關鍵詞：PLC;控制系統;PAC

Abstract: The PLC control system of cracked gas compressor is introduced, and the system Composition block diagram is mainly demonstrated.

Key words: PLC; control system ;PAC

一 引言

　　遼陽石化公司的乙烯生產裝置于2007年進行了擴能改造，DCS系統采用YOKOGAWA公司的 CS-3000 系統，裝置安全聯鎖系統（冷箱部分）采用SIEMENS S7-400H系統，新更換的C401乙烯壓縮機組/C402丙烯壓縮機組/C201裂解氣壓縮機組全部采用GE公司新推出的RX7I PAC系統，并采用TCP/IP以太網進行通訊，大大提高生產過程的自動化控制水平，下面僅對C401/C402/C201壓縮機控制系統的情況加以介紹。

二 PLC監控系統的配置

　　監控系統由三臺HMI操作站和三套冗余的RX7I PLC主站和多套VersaMax

　　I/O模塊構成的子站組成。HMI操作站與PLC分站之間，通過TCP/IP以太網進行通訊。HMI操作站設在中央控制室，配置100M以太網卡，操作系統為WINDIWS XP ，安裝CIMPLICITY HMI監控軟件;

　　控制系統完成的功能包括：壓縮機的防喘振控制，汽輪機的調速控制（壓縮機的驅動機使用汽輪機），機組性能控制，潤滑油站控制，分液罐液面控制，軸承溫度，軸振動和軸位移監控，主機和輔機工藝參數監控，機組起動-運行-停止順序控制等在PLC內編程完成。系統軟件根據壓縮機出入口壓力或出入口流量來調整汽輪機的轉速，同時在防喘振控制與性能控制，調速控制之間進行解耦控制。

　　系統所采用的RX7I 是GE PAC系列可編程序控制器家族中的一員，GE PAC 的CPU具有強大的功能，如內裝PID，結構化編程，中斷控制，間接尋址及各種功能模塊，能完成復雜的控制。另外系列有功能很強的特殊模塊可供選擇，包括軸定位模塊，高速計數模塊，BASIC和C語言協處理模塊及Genius通訊模塊等。

　　GE 提供了ME軟件來實現對PAC系列產品PLC的編程和組態。外圍編程工具通過標準的RS-232或RS-485/RS-422串行接口與PLC相連，也可通過TCP/IP以太網卡對連接在以太網上的PLC進行編程和組態。

　　GE CIMPLICITY HMI監控軟件是基于MICSOFT WINDOWS XP環境的功能強大的人機界面軟件。不論是對離散的還是連續的生產過程，都能夠很容易地創建操作員接口、數據采集、監視與控制應用。CIMPLICITY HMI是一個基于客戶服務器的結構的軟件，它包括服務器和瀏覽站CIMPLICITY HMI在使用時，又劃分為開發系統和運行系統，CIMPLICITY HMI根據目標對象的不同，按控制點數又劃分為50-不能聯網，75，150，300，700，35000和無限I/O點的服務器，本系統選700點I/O。CIMPLICITY HMI提供了強大的功能。其主要功能特點是：CimView和CimEdit;報警瀏覽器;點控制面板;基本控制機制;數據庫登錄;DDE接口;歷史數據分析器;服務器冗余;WebView.

　　在系統配置中，除本身的機架I/O模塊外，還可通過Genius LAN連接VersaMax I/O , Field Control I/O以及Genius I/O模塊等，我們的方案即是采用PAC PLC通過Genius LAN連接VersaMax I/O構成一個功能極強、價格合理的分散控制、集中管理的控制系統平臺，來滿足大規模，復雜的，高速的控制。

　　CPU模塊IC698CRE020

　　系統選用IC698CRE020型冗余CPU模塊。IC698CRE020是一款高性能的CPU，可構成熱備冗余結構，有10M供電存儲的RAM和10M閃存，可運行較大的程序。支持浮點運算功能、SOE功能、C語言編程功能和以太網全局數據功能。

　　模塊可以由三位的啟動/停止按鈕控制或者由遠程連接的編程器和編程軟件控制;在CPU模塊上有狀態指示燈指示以太網界面的狀態。

　　IC698CRE020有兩個配置的端口：COM1（RS-232）和COM2（RS-485）;兩個嵌入的10 BASE T/100 BASE TX以太網端口和一個站管理端口（RS-232）。

　　在運行過程中兩個PLC始終保持著設備狀態控制數據以及各種內部數據的同步傳輸，從而，確保兩個CPU同步運行并可以在兩個CPU中執行相同程序，獲得相同的結果。一旦主系統檢測到故障，所有控制將被自動無擾動切換到備用系統，在系統切換過程中，不影響所控制的生產裝置的正常運行。主PLC與熱備PLC的數據傳輸是在每一掃描周期進行兩次，同時對CPU之間傳輸數據并進行完整性檢查。兩個CPU的整個掃描過程是同步化進行的，以保持主CPU和備用CPU同步工作，從而實現無擾動切換。

　　電源模塊

　　系統采用型號為IC697PWR711的電源模塊。堅固的結構設計可使其在滿負荷的情況下能渡過一個周期的掉電。同時電源內部還具有過壓和過流保護功能及承接供電網的電壓變化。

　　DI模塊:IC200MDL650

　　IC200MDL650是32點輸入模塊，240VAC隔離輸入，輸入模塊為每一個點均設置了指示燈以顯示其狀態。

　　DO模塊:IC200MDL750

　　IC200MDL750模塊提供16點開關量輸出，0-265VA或0-125VDC、每點2.0A繼電器輸出，模塊為每一個點均設置了指示燈以顯示其狀態。

　　AI模塊：IC200ALG260

　　模擬量輸入模塊IC200ALG260提供一個8路電流或電壓輸入接口。模塊用電由底板供給，無外部電源要求。模塊有12-16位分辨率，并通過PLC直接存取，在CPU內，模擬量有自身的存儲器，并且每掃描一次，數據自動刷新。模塊的智能處理過程由CPU或NIU完成。模塊供給8個字的模擬量輸入數據。

　　AO模塊：IC200ALG320

　　模擬量輸出模塊IC200ALG320提供一個四路電流輸出接口。

三控制系統通訊網絡

　　GE PAC系統提供與各種DCS系統相互通訊的接口和相應的協議。本系統采用MODBUS RS485協議，通過IC698CRE020型冗余CPU模塊與DCS系統控制器中的SI接口通訊來完成。從而組成整個工廠級的集中管理局部網，車間級實時控制網及操作員本地控制站的三級網絡結構，完全滿足了現代工廠控制管理的網絡配置要求。

　　和中央控制室的通訊本系統采用IC698CRE020型冗余CPU模塊的 TCP/IP以太網接口連接到100M自適應HUB上，與上位HMI監控站通訊，波特率為100Mbps。在網上運行 CIMPLICITY HMI監控軟件，可對連接在網上的PLC或其他設備進行監控管理。同時必須為每臺PLC（包括主備）和每臺HMI操作站指定唯一的物理IP地址，并同時為主備PLC指定冗余使用的IP地址;以上地址不能相同否則可能發生通訊系統的崩潰。

　　GE 的TCP/IP以太網，為標準的TCP/IP以太網，與所有滿足TCP/IP以太網協議的設備兼容。TCP/IP以太網通訊采用分別與主備PLC通訊的方式。

四 熱備冗余I/O系統

　　PAC系統的冗余部分是由兩套 CPU控制器和冗余通訊模塊（RCM）組成，主控制器通過冗余通訊模塊（RCM）與其備用控制器和I/O系統的通訊實現其熱備冗余功能，一但主PLC控制器或通訊出現故障，所有控制功能將平穩地切換至備用控制器以確保工藝裝置正常運行。系統同時具有參數同步化、I/O總線冗余和系統診斷功能。

　　I/O系統是GE Fanuc公司的VersaMax I/O模塊。同時系統是雙Genius總線結構;總線可以支持29個I/O結點，可滿足不同用戶的各種需求。

　　GBC 模塊：IC697BEM731

　　Genius總線控制器模塊（IC697BEM731）為RX7I 提供Genius I/O總線的接口。Genius總線控制器同步的掃描Genius設備并與CPU交換I/O數據;GBC 可以在Genius總線上發送或接收128個字節的帶控制數據包，同Genius總線上多達32個設備進行數據交換。Genius 的輸出由激活的單元決定的，第一單元的Genius總線控制器的總線地址是31，第二單元的Genius總線控制器的總線地址是30。

　　Genius總線通訊接口單元（NIU）:

　　Genius網絡接口單元IC200GBI001用于將VersaMax I/O模塊與Genius總線連接起來，它與其它VersaMax I/O模塊共同構成一子站。每個總線掃描周期,NIU可以處理128個字節的輸入數據和128個字節的輸出數據，在模塊上可硬件設置子站地址和通訊波特率。系統的主站可以是PLC或者支持Genius網的工業控制計算機。用于冗余總線和冗余CPU系統。

　　由VersaMax I/O構成的節點包括GE Fanuc PLC以及軟件提供的固定邏輯子程序，從而完成節點之間的通訊和總線切換功能。GE Fanuc對該系統的軟硬件進行了認真的優化組合。因此，PAC系統是一個性能價格比非常好的冗余熱備系統。

　　系統提供了多種在線診斷并向操作員報告診斷結果。例如：PLC，通訊總線以及I/O節點狀態等。

五 結束語

　　系統自2007年10月投運后反應良好，界面直觀方便，適應操作人員的習慣，滿足了生產裝置的需要，設計調試的時間很短，現場接線得到大大簡化，可靠性得到大大提高，維護也很方便。乙烯裝置的PLC和DCS系統之間實現了通訊，實現了管控一體化，系統經過一年多的運行，控制系統穩定安全。