ControlLogix控制系统在煤气加压站的应用实践

摘要：本文翔实地介绍了A-B公司ControlLogix控制系统在煤气加压站应用中的硬件构成、软件功能、参数控制原理以及编程调试思想，是自动化组态软件在生产实际中的典型应用。该自控系统投入运行后，控制性能良好，使用方便简洁，为生产高效稳定运行提供了良好可靠的自动化保障。
　　一、 项目背景
　　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。第九煤气加压站5#、6#加压机将焦炉煤气加压到0.2Mpa，经与高炉煤气混合后向燃气轮机提供热值在3500±50KJ/cm3的混合高压煤气，推动燃气轮机做功，向热风炉输送一定压力和流量的冷风。计算机控制系统选用了美国ROCKWELL公司的ControlLogix L5550系列产品，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。其它主要设备有鞍山UNION公司热值仪，德国西门子变频器等。
　　二、 硬件构成
　　1、 系统构成




　　图中，1756-CNBR为ControlNet冗余通讯模板。R是redundance（冗余）的缩写。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、 PLC组成






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、 网络组成
　　Logix5000系列产品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太网等网络结构。煤气加压站采用了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，网络传输速率达5MB/S。ControlNet能够可靠预测数据何时发送，具有高度的确定性。
　　工控机内安装通讯卡，型号为1784-KTCX，与PLC之间通过ControlNet网进行通讯。通过Rslinx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，通讯模板随时监听两条传输通道上的数据传输并检验。
　　三、 软件
　　1、 系统软件：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接口进行采集数据。
　　2、 应用软件
　　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规约完全兼容、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。
　　煤气加压站操作站主要功能包括：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。主要监控画面如下：

　　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Program tag标签两种。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、 煤气热值自动控制
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/m3，焦炉煤气热值约4000 KJ/m3。
　　煤气热值自动控制为串级、交叉限幅调节系统。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，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。
　　该控制思想一则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；二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






PLC AO模板输出4-20mA信号给变频器，控制交流变频电机转速调节热值。


　　2、 高炉煤气压力自动调节控制

　　3、 焦炉煤气压力自动调节控制

　　4、 回流阀自动调节

　　上述3个自动调节都是单回路PID控制系统。当测量值与设定值有偏差时，PLC经计
算输出一个4-20mA控制信号，控制调节阀的开度。





　　五、 系统调试
　　1、 在工控机内安装好网卡，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/Minior 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 Update Time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执行，后者可以使
控制器停止扫描所在梯级后面程序。
　　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要引起振荡，对调节质量影响很大，故不采用微分调节规律。因此，高炉煤气压力自动调节控制、焦炉煤气压力自动调节控制、回流阀自动调节都采用PI调节。P值越大，比例调节作用越强，I值越小，积分作用越强。
　　6、 对于温度、成分等测量通道和调节通道的时间常数较大的系统来说，采用微分规律
　　这种超前作用能够起到较好的效果。由于热值检测的惯性滞后，PID中加入了微分调节规律。
　　六、结束语
　　该系统自投运以来，在生产正常的情况下，热值稳定在3500左右，压力稳定在13.5KPa左右，完全满足了用户的要求，同时变频运行于30-40Hz左右，泄放阀一般处于关闭状态，大大减少了泄放煤气量和净焦煤气量，达到了预期的安全生产、提高产品质量、节能降耗的目的。