PLC在空分制氮裝置中的應用

第四屆全國石油和化學(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用李紀中國石油錦州石油化工公司121001摘要( GE PLC是一種廣泛應用于自動(dòng)控制領(lǐng)域的可編程邏輯控制器,其具有強大的邏輯控制功能,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)以其強大的邏輯控制功能及可編程特性在石化行業(yè)中的應用越來(lái)越廣泛美國通用電器公司生產(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具有強大的功能,如內裝的PID、結構化編程、中斷控制、間接尋址等,能完成復雜的操作,適用于中型控制系統。本文就GE90-30PLC在錦州石化公司空分制氮裝置上的應用對該可編程邏輯控制器做一介紹二、自控方案()、系統結構空分制氮裝置中的系統硬件配置如下圖(圖1)所示:打印機號上位機2號上位機太國國國圖國圓網(wǎng)目閨閨Field controll自落器|圖 ield control2同日Field control圖1:空分制氨系統硬件配置圖1、基本控制層PLC主機及I/0站組成本套系統的基本控制層I/0站采用的是 Field Control,本套系統總共掛接了3組 Field Control,每組 Field Control由一個(gè)過(guò)程控制與信息管理總線(xiàn)接口單元(BIU)及8個(gè)現場(chǎng)I/0模塊構成PLC主機采用的是5槽底板,其上的卡件分別為一塊PwR卡(不占用槽號),一塊CPU卡,兩塊GBC卡,一塊ETH卡及一塊空卡。用戶(hù)通過(guò)編程器對其進(jìn)行組態(tài)編程,使用其強大的內部控制指令來(lái)實(shí)現邏輯控制。本套控制系統采用兩套硬件上完全相同的PLC控制器組成雙機熱備控制系統,通過(guò)以太網(wǎng)與上位機連接,同時(shí)通過(guò) Genius網(wǎng)同Io站通訊,完成數據的存、取操作2、上位控制層上位控制層采用的是兩臺性能優(yōu)良的DEL工控機,其主要任務(wù)是執行先進(jìn)的控制和管理,并通過(guò)數據通訊對PLC進(jìn)行監視與控制,進(jìn)入PLC的信號通過(guò)以太網(wǎng)可在工控機上顯示。由于工控機具有卓越的人機界面,使得集中監控更為方便。工控機采用基于 Windows NT的 CIMPLICITY進(jìn)行組態(tài)編程。3、系統供電在系統供電方面,采用的是 Comet系列的不間斷電源UPS)(二)、系統特點(diǎn)1、冗余兩組PLC控制器互為冗余,雙機熱備軟件HBR30負責管理兩PLC之間的主、備切換以及各類(lèi)數據的交換。正常情況下,主PC控制器完成系統操作,一旦主PLC控制器失效,則備PLC將立刻接管對整個(gè)系統的控制。主、備控制器的確定可以人為指定(%M1020),也可以由系統根據情況確定PLC與 Field Contro進(jìn)行通訊的 Genius總線(xiàn)采用冗余結構。正常情況下,系統從 Genius A總線(xiàn)獲取數據,同時(shí)檢測 Genius b總線(xiàn)的狀態(tài),一旦系統檢測到 Genius A總線(xiàn)故障,則會(huì )自動(dòng)對 Genius b總線(xiàn)存取數據,從而保證了系統的安全運行上位機部分由兩臺硬件配置完全相同的工控機組成,其內部運行著(zhù)相同的用戶(hù)程序,因此,在一臺上位機故障的情況下,操作人員亦可以通過(guò)另一臺上位機實(shí)現對系統的監控操作2、自診斷GBC模塊可以自動(dòng)報告報警及某些PLC故障。在一個(gè)總線(xiàn)掃描周期,只有一條診斷信息允許發(fā)送,設備保存其余的診斷信息直到下一個(gè)可獲得的總線(xiàn)掃描周期。例如:如果當前設備3擁有令牌,且設備3及設備4同時(shí)有故障產(chǎn)生,則設備3可以發(fā)送其診斷信息,設備4必須至少等1個(gè)或更多的總線(xiàn)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)間用于通訊及后臺任務(wù)缺省情況下,CPU組態(tài)頁(yè)中 SWEEP MODE設置為“ NORMAL”,而不是“ CNST SWP若選擇“ CNST SWP”,則CPU在執行完邏輯程序、更新O及通訊和后臺任務(wù)后,如果掃描時(shí)間仍有剩余,則CPU將重復執行通訊及后臺任務(wù),直至掃描時(shí)間被用完;如果在通訊及后臺任務(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)報警產(chǎn)生“ OVERSWEEP ALARM”(三)、組態(tài)軟件本套控制系統的組態(tài)軟件包括(1)雙機熱備軟件HBR30(2)Logic Master 90(3)Cimplicity HMI三、HBR30組態(tài)第四屆全國石油和化學(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(PLCA、PLCB之間)用戶(hù)數據范圍的定義、冗余變量的定義及冗余軟件與LM90之間的結合(一)、主CPU的選擇HBR30提供了兩種選擇主CPU的規則:1、指定主CPU這種方法通過(guò)對系統控制變量(‰M1020)賦值來(lái)指定主CPU如果主PLC故障,則系統將控制轉移到備PLC,一旦主PLC恢復正常,則系統控制重新轉移給主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)、系統總線(xiàn)故障(3)、CPU狀態(tài)切換為STOP(4)、自診斷標志被置位(5)、人為指定主PLC(二)、系統冗余HBR3系統組態(tài)中, Output Option選項取值為“1002”即“1 out of2”,表示只要兩組熱備的PLC中有一組PLC的CPU在線(xiàn),PLC的輸出即可實(shí)施操作HBR30為冗余系統的組態(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)文件夾中輸入系統的組態(tài)信息、邏輯圖并下裝就可以實(shí)現兩PLC的冗余HBR30系統采用熱備冗余操作( Hot Standby Operation)。在這種模式下,只有一個(gè)PLC控制系統的輸出設備(例DQ或AQ)。如果主PLC故障,則備PLC執行控制功能。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 )在所有的同步數據傳送結束后,承擔起控制的功能。(三)、O及同步變量組態(tài)對Io系統所使用的%、%Q、%AI、%AQ數據范圍組態(tài)對用戶(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,由編程器執行邏輯及配置信息的下裝(一)、I/0系統組態(tài)IO系統的硬件配置由HHM(手持終端)來(lái)完成。通過(guò)手持式編程器可以設置BIU在 Genius總線(xiàn)上的地址,所掛I/0模件的類(lèi)型,每個(gè)通道的信號形式、范圍及與通訊有關(guān)的參數的設置等(二)、PLC硬件組態(tài)CPU本系統所選用的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)、對于雙機熱備的控制系統,在CPU的組態(tài)中,主 PLC CPU的 Chksum wrds必須被設置為1l,備PLC CPU的 Chksum wrds必須被設置為12,對于單機系統該值為8(2)、 SWEEP MODE設置為“ 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:用于標識TCPP主機的唯一32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 )還是在遠程網(wǎng)絡(luò )(3) Gateway IP Address:!(網(wǎng)關(guān)地址)通向遠程網(wǎng)絡(luò )接口的P地址默認網(wǎng)關(guān)是指用以連接到其它網(wǎng)絡(luò )的路由器的P地址,但若以本機充當連接兩個(gè)不同子網(wǎng)的路由器,則可將其設置為本機的地址3、GBC下圖為GBC組態(tài)畫(huà)面第四屆全國石油和化學(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):對于冗余系統,GBC中 Input Def選項必須為OFF(3):對于冗余系統,GBC中 Out at strt選項必須為 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)的測量及計算方式%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型號的卡件。該類(lèi)卡件會(huì )根據組態(tài)時(shí)定義的熱阻類(lèi)型對輸入的熱電阻信號進(jìn)行線(xiàn)性轉換,精度為01,即如果卡件某通道的輸入值為100,因為1000.1=100,則當前該點(diǎn)溫度為100℃。上圖所示為T(mén)S405溫度超高報警的T型圖2、量程轉換PLC接收的現場(chǎng)輸入模擬信號在CPU中是以0-32000的數值形式表示的,但是,由于各被測參數的測量范圍不同,使得相同的信號輸入,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)給報警的測定運算帶來(lái)了不便,因此,我們對輸入信號進(jìn)行了相應的轉換,利用LM90軟件提供的乘、除運算模塊先計算出相應的工程單位值,再進(jìn)行數值的比較,具體公式如下:(PV*量程/32000=工程單位值其中ⅣV代表以0-32000表示的現場(chǎng)輸入信號值過(guò)程控制與信息管理T型圖具體實(shí)現方式如下:< 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)區間的延長(cháng)空分制氮裝置中純化系統閥門(mén)的閉合啟動(dòng)步驟及停留時(shí)間全部由邏輯系統控制,整個(gè)純化過(guò)程由一個(gè)順序控制邏輯來(lái)實(shí)現。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軟件自身提供的計時(shí)器的最大值為100分鐘,與要求的480分鐘相差甚遠,于是我們采用了雙重循環(huán)的方式來(lái)達到計時(shí)的目的。其中外層循環(huán)采用的是計數器,內層循環(huán)采用的是計時(shí)器,計時(shí)器每計時(shí)到60S,則外層計數器值加1,即計數器的值1代表的時(shí)間為1分鐘,同時(shí)計時(shí)器復位,重新開(kāi)始計時(shí),如此循環(huán)往復,直至計數器值達到480(480分鐘),則一個(gè)循環(huán)周期結束,計時(shí)器、計數器復位,準備開(kāi)始第二個(gè)循環(huán)周期,T型圖具體實(shí)現如下所示〈 RUNG47STP#222CIROUT1TMROUT第M0170‰0172+‰M0171+-][-1[--40MDTR+0.01sMROUTMo171ONST -+py406000R432<