第四屆全國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)儀表及自動(dòng)化技術(shù)交流研討會(huì)論文集PLC在空分制氮裝置中的應(yīng)用李紀(jì)中國(guó)石油錦州石油化工公司121001摘要( GE PLC是一種廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域的可編程邏輯控制器,其具有強(qiáng)大的邏輯控制功能,本文僅就其在錦州石化公司空分制氮裝置上的應(yīng)用從硬件組態(tài)到軟件編程做一簡(jiǎn)單介紹。關(guān)健詞:可編程邏輯控制器組態(tài)編程、概述近些年來(lái),可編程邏輯控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)PLC)以其強(qiáng)大的邏輯控制功能及可編程特性在石化行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛美國(guó)通用電器公司生產(chǎn)的 GE Fanuc9030系列PLC就是其中比較優(yōu)秀的一員,其易于安裝和配置,具有先進(jìn)的可編程特性,其CPU具有強(qiáng)大的功能,如內(nèi)裝的PID、結(jié)構(gòu)化編程、中斷控制、間接尋址等,能完成復(fù)雜的操作,適用于中型控制系統(tǒng)。本文就GE90-30PLC在錦州石化公司空分制氮裝置上的應(yīng)用對(duì)該可編程邏輯控制器做一介紹二、自控方案()、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空分制氮裝置中的系統(tǒng)硬件配置如下圖(圖1)所示:打印機(jī)號(hào)上位機(jī)2號(hào)上位機(jī)太國(guó)國(guó)國(guó)圖國(guó)圓網(wǎng)目閨閨Field controll自落器|圖 ield control2同日Field control圖1:空分制氨系統(tǒng)硬件配置圖1、基本控制層PLC主機(jī)及I/0站組成本套系統(tǒng)的基本控制層I/0站采用的是 Field Control,本套系統(tǒng)總共掛接了3組 Field Control,每組 Field Control由一個(gè)過(guò)程控制與信息管理總線接口單元(BIU)及8個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/0模塊構(gòu)成PLC主機(jī)采用的是5槽底板,其上的卡件分別為一塊PwR卡(不占用槽號(hào)),一塊CPU卡,兩塊GBC卡,一塊ETH卡及一塊空卡。用戶(hù)通過(guò)編程器對(duì)其進(jìn)行組態(tài)編程,使用其強(qiáng)大的內(nèi)部控制指令來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制。本套控制系統(tǒng)采用兩套硬件上完全相同的PLC控制器組成雙機(jī)熱備控制系統(tǒng),通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)連接,同時(shí)通過(guò) Genius網(wǎng)同Io站通訊,完成數(shù)據(jù)的存、取操作2、上位控制層上位控制層采用的是兩臺(tái)性能優(yōu)良的DEL工控機(jī),其主要任務(wù)是執(zhí)行先進(jìn)的控制和管理,并通過(guò)數(shù)據(jù)通訊對(duì)PLC進(jìn)行監(jiān)視與控制,進(jìn)入PLC的信號(hào)通過(guò)以太網(wǎng)可在工控機(jī)上顯示。由于工控機(jī)具有卓越的人機(jī)界面,使得集中監(jiān)控更為方便。工控機(jī)采用基于 Windows NT的 CIMPLICITY進(jìn)行組態(tài)編程。3、系統(tǒng)供電在系統(tǒng)供電方面,采用的是 Comet系列的不間斷電源UPS)(二)、系統(tǒng)特點(diǎn)1、冗余兩組PLC控制器互為冗余,雙機(jī)熱備軟件HBR30負(fù)責(zé)管理兩PLC之間的主、備切換以及各類(lèi)數(shù)據(jù)的交換。正常情況下,主PC控制器完成系統(tǒng)操作,一旦主PLC控制器失效,則備PLC將立刻接管對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。主、備控制器的確定可以人為指定(%M1020),也可以由系統(tǒng)根據(jù)情況確定PLC與 Field Contro進(jìn)行通訊的 Genius總線采用冗余結(jié)構(gòu)。正常情況下,系統(tǒng)從 Genius A總線獲取數(shù)據(jù),同時(shí)檢測(cè) Genius b總線的狀態(tài),一旦系統(tǒng)檢測(cè)到 Genius A總線故障,則會(huì)自動(dòng)對(duì) Genius b總線存取數(shù)據(jù),從而保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)行上位機(jī)部分由兩臺(tái)硬件配置完全相同的工控機(jī)組成,其內(nèi)部運(yùn)行著相同的用戶(hù)程序,因此,在一臺(tái)上位機(jī)故障的情況下,操作人員亦可以通過(guò)另一臺(tái)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控操作2、自診斷GBC模塊可以自動(dòng)報(bào)告報(bào)警及某些PLC故障。在一個(gè)總線掃描周期,只有一條診斷信息允許發(fā)送,設(shè)備保存其余的診斷信息直到下一個(gè)可獲得的總線掃描周期。例如:如果當(dāng)前設(shè)備3擁有令牌,且設(shè)備3及設(shè)備4同時(shí)有故障產(chǎn)生,則設(shè)備3可以發(fā)送其診斷信息,設(shè)備4必須至少等1個(gè)或更多的總線掃描周期去發(fā)送它的信息。GBC保存其接收到的任何診斷信息,該信息被CPU自動(dòng)的讀取,并在LM90軟件的PLC故障表中顯示(最多16條)3、掃描的執(zhí)行CPU的掃描既可以盡可能快的進(jìn)行也可以被分配一個(gè)恒定的時(shí)間段。不管是否使用恒定的掃描時(shí)間,CPU的掃描總是從執(zhí)行邏輯程序及變更UO開(kāi)始,其余的時(shí)間用于通訊及后臺(tái)任務(wù)缺省情況下,CPU組態(tài)頁(yè)中 SWEEP MODE設(shè)置為“ NORMAL”,而不是“ CNST SWP若選擇“ CNST SWP”,則CPU在執(zhí)行完邏輯程序、更新O及通訊和后臺(tái)任務(wù)后,如果掃描時(shí)間仍有剩余,則CPU將重復(fù)執(zhí)行通訊及后臺(tái)任務(wù),直至掃描時(shí)間被用完;如果在通訊及后臺(tái)任務(wù)完成之前掃描時(shí)間被用完,則這些任務(wù)將未完成而開(kāi)始一個(gè)新的掃描周期。即使是超過(guò)了固定的掃描周期PLC也將執(zhí)行完邏輯程序及更新IO的操作,在這種情況下,在 PLC FAULTTABLE中會(huì)有一個(gè)報(bào)警產(chǎn)生“ OVERSWEEP ALARM”(三)、組態(tài)軟件本套控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件包括(1)雙機(jī)熱備軟件HBR30(2)Logic Master 90(3)Cimplicity HMI三、HBR30組態(tài)第四屆全國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)儀表及自動(dòng)化技術(shù)交流研討會(huì)論文集GE9030系列PLC支持兩種冗余方式,分別為兩重冗余(HBR)和三重冗余(TMR),本套系統(tǒng)選用的是HBR(兩重冗余)中的“ Hot Standby”模式。HBR30主要用于完成冗余系統(tǒng)(PLCA、PLCB之間)用戶(hù)數(shù)據(jù)范圍的定義、冗余變量的定義及冗余軟件與LM90之間的結(jié)合(一)、主CPU的選擇HBR30提供了兩種選擇主CPU的規(guī)則:1、指定主CPU這種方法通過(guò)對(duì)系統(tǒng)控制變量(‰M1020)賦值來(lái)指定主CPU如果主PLC故障,則系統(tǒng)將控制轉(zhuǎn)移到備PLC,一旦主PLC恢復(fù)正常,則系統(tǒng)控制重新轉(zhuǎn)移給主PLC2、隨動(dòng)主CPU這種方式只有在以下五種情況下才改變PLC的地位(1)、CPU故障(2)、系統(tǒng)總線故障(3)、CPU狀態(tài)切換為STOP(4)、自診斷標(biāo)志被置位(5)、人為指定主PLC(二)、系統(tǒng)冗余HBR3系統(tǒng)組態(tài)中, Output Option選項(xiàng)取值為“1002”即“1 out of2”,表示只要兩組熱備的PLC中有一組PLC的CPU在線,PLC的輸出即可實(shí)施操作HBR30為冗余系統(tǒng)的組態(tài)、編程提供了三個(gè)文件夾(Ho2CFGA、H02CFGB、H02P09),分別作為PLCA的硬件配置文件夾、PLCB的硬件配置文件夾及 PLCA/PLCB的程序文件夾。因其中已經(jīng)被嵌入了冗余信息,因此用戶(hù)只需向三個(gè)文件夾中輸入系統(tǒng)的組態(tài)信息、邏輯圖并下裝就可以實(shí)現(xiàn)兩PLC的冗余HBR30系統(tǒng)采用熱備冗余操作( Hot Standby Operation)。在這種模式下,只有一個(gè)PLC控制系統(tǒng)的輸出設(shè)備(例DQ或AQ)。如果主PLC故障,則備PLC執(zhí)行控制功能。在發(fā)生程序性切換時(shí)(例如發(fā)生選擇指定CPU時(shí)),備CPU會(huì)在所有的同步數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后,承擔(dān)起控制的功能。(三)、O及同步變量組態(tài)對(duì)Io系統(tǒng)所使用的%、%Q、%AI、%AQ數(shù)據(jù)范圍組態(tài)對(duì)用戶(hù)邏輯中使用的%R(允許范圍是%R301999的范圍組態(tài)四、LM90組態(tài)LM90的組態(tài)包括PLC硬件配置的組態(tài)及邏輯組態(tài)兩部分,由編程器執(zhí)行邏輯及配置信息的下裝(一)、I/0系統(tǒng)組態(tài)IO系統(tǒng)的硬件配置由HHM(手持終端)來(lái)完成。通過(guò)手持式編程器可以設(shè)置BIU在 Genius總線上的地址,所掛I/0模件的類(lèi)型,每個(gè)通道的信號(hào)形式、范圍及與通訊有關(guān)的參數(shù)的設(shè)置等(二)、PLC硬件組態(tài)CPU本系統(tǒng)所選用的PLC為IC693CPU360,下圖為CPU組態(tài)畫(huà)面過(guò)程控制與信息管理SERIES 90-30 MODULE IN RACK 0 SLOT1OFTVARE CONFIGURATIONSLOT Catalog # [C693CPU360SERIES 90-30 CPU, MODEL 360CPU360IOScan-Stop: NOBaud Rate 19200Pur Up Mode: LASTParityLogic/Cfg: RAMStop bits 1Registers: RAMMode■TT1/100 Second/ CountPasswords: ENABLED Idle Time 10SecondsR/S Switch ENABLEDMem Protect: DISABLEDChksum VrdsSweep Mode: HORHALTr Faults: DISABLED Sweep Tar N/Ansec說(shuō)明:(1)、對(duì)于雙機(jī)熱備的控制系統(tǒng),在CPU的組態(tài)中,主 PLC CPU的 Chksum wrds必須被設(shè)置為1l,備PLC CPU的 Chksum wrds必須被設(shè)置為12,對(duì)于單機(jī)系統(tǒng)該值為8(2)、 SWEEP MODE設(shè)置為“ NORMAL”,而不是“ CNST SWP2、以太網(wǎng)卡下圖為以太網(wǎng)卡組態(tài)畫(huà)面SERIES9-38‰0 DULE IN RACK團(tuán)SL0TSOFTWARE CONFIGURATIONSLOT Catalog # IC693CHM321RNET INTERFACECw321Config NodeTCP/IPETHNET Status Address513Status LengthIP Address3.0.0.3Subnet Nask255.255.255.8Gateway IP Address0.8.9.0Name Server IP Addre8.0.9.9Note: Default IP Address (0.0.0.0)requires a network BOOTP server說(shuō)明:(1) IP Address:用于標(biāo)識(shí)TCPP主機(jī)的唯一32位地址(2) Subnet mask:(子網(wǎng)掩碼)辨別某一個(gè)PP地址是在本地網(wǎng)絡(luò)還是在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)(3) Gateway IP Address:!(網(wǎng)關(guān)地址)通向遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)接口的P地址默認(rèn)網(wǎng)關(guān)是指用以連接到其它網(wǎng)絡(luò)的路由器的P地址,但若以本機(jī)充當(dāng)連接兩個(gè)不同子網(wǎng)的路由器,則可將其設(shè)置為本機(jī)的地址3、GBC下圖為GBC組態(tài)畫(huà)面第四屆全國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)儀表及自動(dòng)化技術(shù)交流研討會(huì)論文集SERIES 90-30 MODULE IN RACK 0 SLOT2OFTWARE CONFIGURATIONSLOT Catalog #: IC693BEM339030 SENIUS BUS CONTROLLER2紅I,期Q.‰6 lengths are bits;RI.RQ. R are wordsBEN331BUS CONTROLLER MODULE DATA6BC Module SBA: 31 Baud Rate: 153K STD Input Def:OFFS6 RefStatus218481 Out at strt: DISABleD-------------- DEVICE DATADevice sba29 Input1 RefInput1 Len: 32Device Type: GENERIC Input2 Refnput2 Len24utput1 RefDutput1 LenOutput2 Reftput2 Let說(shuō)明:(1):PLCA中兩塊GBC的SBA均為31,PLCB中兩塊GBC的SBA均為30(2):對(duì)于冗余系統(tǒng),GBC中 Input Def選項(xiàng)必須為OFF(3):對(duì)于冗余系統(tǒng),GBC中 Out at strt選項(xiàng)必須為 DISABLE(4):組態(tài)窗口下部分用于輸入 Field Control部分的I/0信息三)、LM90軟件編程1、溫度點(diǎn)的測(cè)量及計(jì)算方式%M0125DIvA0019-+11Q+‰R5017解R5017-+10+I CONST-+12CONST-+12 I0001+00275+----+空分制氮裝置溫度點(diǎn)采用的是IC670ALG620型號(hào)的卡件。該類(lèi)卡件會(huì)根據(jù)組態(tài)時(shí)定義的熱阻類(lèi)型對(duì)輸入的熱電阻信號(hào)進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換,精度為01,即如果卡件某通道的輸入值為100,因?yàn)?000.1=100,則當(dāng)前該點(diǎn)溫度為100℃。上圖所示為T(mén)S405溫度超高報(bào)警的T型圖2、量程轉(zhuǎn)換PLC接收的現(xiàn)場(chǎng)輸入模擬信號(hào)在CPU中是以0-32000的數(shù)值形式表示的,但是,由于各被測(cè)參數(shù)的測(cè)量范圍不同,使得相同的信號(hào)輸入,代表的實(shí)際工業(yè)值卻不相同,大大降低了程序的可讀性,同時(shí)給報(bào)警的測(cè)定運(yùn)算帶來(lái)了不便,因此,我們對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換,利用LM90軟件提供的乘、除運(yùn)算模塊先計(jì)算出相應(yīng)的工程單位值,再進(jìn)行數(shù)值的比較,具體公式如下:(PV*量程/32000=工程單位值其中ⅣV代表以0-32000表示的現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)值過(guò)程控制與信息管理T型圖具體實(shí)現(xiàn)方式如下:< RUNG 6 STEP #0004 >JALW_ONPDIS 1L‰007+--+-----860041+-][-+M兒+-+D|+-------+L|+INT[PDIS_1PD ISlEN PD IS1ENI II‰A10046-+1Q+‰5000解R5000-+1Q+-解R4000824000-+110ICONST-+12CONST -+12CONST -+12+02000+--+32000++00500+3、記時(shí)區(qū)間的延長(zhǎng)空分制氮裝置中純化系統(tǒng)閥門(mén)的閉合啟動(dòng)步驟及停留時(shí)間全部由邏輯系統(tǒng)控制,整個(gè)純化過(guò)程由一個(gè)順序控制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)。完成這個(gè)順序控制共有5個(gè)步驟,總的循環(huán)時(shí)間為480分鐘,一個(gè)循環(huán)是指從吸附開(kāi)始到泄壓、加熱、冷吹直至充壓為止的一個(gè)過(guò)程。由于LM90軟件自身提供的計(jì)時(shí)器的最大值為100分鐘,與要求的480分鐘相差甚遠(yuǎn),于是我們采用了雙重循環(huán)的方式來(lái)達(dá)到計(jì)時(shí)的目的。其中外層循環(huán)采用的是計(jì)數(shù)器,內(nèi)層循環(huán)采用的是計(jì)時(shí)器,計(jì)時(shí)器每計(jì)時(shí)到60S,則外層計(jì)數(shù)器值加1,即計(jì)數(shù)器的值1代表的時(shí)間為1分鐘,同時(shí)計(jì)時(shí)器復(fù)位,重新開(kāi)始計(jì)時(shí),如此循環(huán)往復(fù),直至計(jì)數(shù)器值達(dá)到480(480分鐘),則一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束,計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器復(fù)位,準(zhǔn)備開(kāi)始第二個(gè)循環(huán)周期,T型圖具體實(shí)現(xiàn)如下所示〈 RUNG47STP#222CIROUT1TMROUT第M0170‰0172+‰M0171+-][-1[--40MDTR+0.01sMROUTMo171ONST -+py406000R432<