1 引言

　　焦?fàn)t煤氣回收系統(tǒng)主要由煤氣柜和減壓站組成，在實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t煤氣的回收再利用的同時(shí)，還對(duì)節(jié)能環(huán)保及穩(wěn)定用戶管網(wǎng)壓力起到了重要作用。基于西門子PLC的回收控制系統(tǒng)主要包括氣柜的油泵控制、柜內(nèi)壓力控制、柜容控制、活塞速度控制、減壓站的自動(dòng)減壓、工藝參數(shù)顯示等功能。

2 硬件配置

　　2.1 控制站

　　氣柜控制站選用siemens s7-400h plc冗余控制系統(tǒng)。包括兩個(gè)414-4hcpu，2塊冗余電源模板，2塊冗余cp443網(wǎng)卡。正常運(yùn)行時(shí)一臺(tái)cpu（主）參與控制，另一臺(tái)cpu（備）通過同步模塊與之同步，當(dāng)檢測到主cpu、機(jī)架、電源、通訊等故障發(fā)生時(shí)，備cpu立即投入控制而不影響生產(chǎn)控制的連續(xù)性。

　　氣柜控制站采用了遠(yuǎn)程i/o模式，根據(jù)i/o點(diǎn)的實(shí)際數(shù)量配置了2個(gè)et200m智能遠(yuǎn)程i/o站，遠(yuǎn)程智能i/o站與控制器采用冗余profibus總線通訊。減壓控制站選用siemens s7-200 plc控制系統(tǒng)，并安裝人機(jī)界面用于本地操作和設(shè)置相關(guān)參數(shù)。減壓控制站使用em277與氣柜控制站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊，氣柜控制站為系統(tǒng)主站。

　　2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

　　整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為現(xiàn)場級(jí)、控制級(jí)、監(jiān)控級(jí)三級(jí)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1。現(xiàn)場級(jí)使用profibus dp冗余現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊，主要實(shí)現(xiàn)s7-400h主站和遠(yuǎn)程智能從站之間的數(shù)據(jù)傳輸，采用西門子雙絞線傳輸速率高達(dá)12mbps。控制級(jí)實(shí)現(xiàn)s7-400 plc和s7-200plc之間數(shù)據(jù)交換，使用profibus dp總線進(jìn)行通信，s7-400 plc冗余profibus dp總線與s7-200plc單總線使用y-link轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行總線自動(dòng)轉(zhuǎn)換，總線使用光纖介質(zhì)傳輸，通訊速率快。監(jiān)控級(jí)采用西門子sclancs交換機(jī)構(gòu)成冗余的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工程師站（es）、操作員站（os）與現(xiàn)場控制站（as）的連接通訊，通訊速率可達(dá)100mbps，2臺(tái)操作站與as站共形成4條冗余iso協(xié)議連接，提高了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可靠性。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

　　2.3 hmi

　　hmi（人機(jī)接口）是生產(chǎn)操作人員對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)施監(jiān)控的窗口。本例使用兩臺(tái)熱備方式的操作員站，其中一臺(tái)同時(shí)作為工程師站，操作員站的熱備提高了系統(tǒng)的可靠性。hmi硬件系統(tǒng)采用研華工控機(jī)并配置了具有數(shù)據(jù)冗余功能的cp1613網(wǎng)卡，軟件使用西門子wincc組態(tài)軟件。hmi實(shí)現(xiàn)了對(duì)工藝參數(shù)的集中顯示、故障報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄、設(shè)備操作。

3 控制系統(tǒng)原理

　　3.1 設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)采用step7 v5.3和micro -win step7軟件在windows 2000平臺(tái)下開發(fā)，編程靈活方便。軟件采用模塊化編程結(jié)構(gòu)，整個(gè)控制系統(tǒng)包括煤氣柜控制和減壓站控制兩大部分。煤氣柜控制部分分別完成油泵、煤氣管道電動(dòng)蝶閥與煤氣放散閥、煤氣調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的控制與聯(lián)鎖保護(hù)、工藝參數(shù)檢測與報(bào)警功能。受控設(shè)備設(shè)計(jì)為現(xiàn)場手動(dòng)和集中控制兩種控制方式。集中控制包括設(shè)備單動(dòng)和設(shè)備聯(lián)動(dòng)自動(dòng)兩種控制方式，在集中控制方式下操作人員在hmi畫面上進(jìn)行單動(dòng)操作和聯(lián)動(dòng)自動(dòng)方式選擇。減壓站控制通過調(diào)節(jié)三臺(tái)壓力調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)壓力降壓穩(wěn)壓功能，主要有手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)控三種操作模式。

　  3.2 進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥pid控制

　　在煤氣管道上設(shè)有一煤氣調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣量實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞速度的調(diào)節(jié)。本例的pid控制邏輯采用step7軟件集成的系統(tǒng)塊fb41實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐中以活塞速度為控制值以閥門開度為控制對(duì)象加以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整p、i參數(shù)即可。

　　3.3 油泵控制

　　該煤氣柜設(shè)有8臺(tái)油泵用于密封油的循環(huán)。8臺(tái)油泵分為4組，每組2臺(tái)（1主1輔可選）。每臺(tái)泵控制要求相同。在單動(dòng)方式下，油泵的啟停控制是操作員在hmi畫面上完成的。在聯(lián)動(dòng)方式下，油泵的啟停控制與油箱油位聯(lián)鎖，而無需操作員干預(yù)。圖2示出在集控方式下油泵的控制邏輯。

圖2 油泵控制邏輯框圖

　　3.4 降壓穩(wěn)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)

　　降壓穩(wěn)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)起保證管網(wǎng)煤氣壓力穩(wěn)定和將高壓煤氣轉(zhuǎn)為低壓煤氣的作用。該功能使用s7-200plc完成，系統(tǒng)使用分程的pid自動(dòng)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)pid具有自整定功能。分程的pid對(duì)三臺(tái)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，根據(jù)工況三臺(tái)調(diào)節(jié)閥按順序開關(guān)。采用分程調(diào)節(jié)擴(kuò)大了系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍，提高了調(diào)節(jié)精度。

　　3.5 柜高自動(dòng)調(diào)節(jié)

　　柜高自動(dòng)調(diào)節(jié)主要起保障煤氣柜在安全高度范圍運(yùn)行。系統(tǒng)采用模糊控制算法通過控制減壓站的壓力穩(wěn)定值進(jìn)行控制。模糊控制根據(jù)實(shí)際專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推導(dǎo)算出不同工況下的壓力設(shè)定值，減壓站根據(jù)模糊算法結(jié)果進(jìn)行變參數(shù)pid調(diào)節(jié)。煤氣柜柜體壓力設(shè)計(jì)為11kpa，氣柜高75米，氣柜柜高正常控制在50米，此時(shí)遠(yuǎn)程站調(diào)壓設(shè)定壓力為11kpa。當(dāng)煤氣用戶的煤氣用量增大時(shí)，氣柜柜高就會(huì)下降，當(dāng)氣柜高度下降到45米時(shí)，主站就會(huì)將設(shè)定壓力改為11.6kpa，此時(shí)氣柜高度就會(huì)隨著管網(wǎng)壓力的上升而上升。當(dāng)氣柜高度上升到50米時(shí)，主站就會(huì)將設(shè)定壓力改為11kpa。當(dāng)氣柜高度繼續(xù)上升到55米時(shí)，主站就會(huì)將設(shè)定壓力改為10.5kpa，此時(shí)氣柜高度就會(huì)隨著管網(wǎng)壓力的下降而下降。這樣，柜高自動(dòng)調(diào)節(jié)采用模糊控制既保證了煤氣管網(wǎng)壓力，使用戶得到了基本穩(wěn)定的煤氣壓力；又保證了煤氣柜的柜高，使煤氣氣源不充足的時(shí)候，短時(shí)間緩解管網(wǎng)煤氣量。這種控制有效的保證了生產(chǎn)的安全性。

　　3.6 數(shù)據(jù)組織與報(bào)警

　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了包括co濃度、壓力、溫度、柜容、柜高、管網(wǎng)壓力等模擬量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與顯示；油泵運(yùn)行、閥位狀態(tài)、油箱液位開關(guān)狀態(tài)等數(shù)字量的采集與顯示；與其他控制系統(tǒng)的通訊數(shù)據(jù)組織；重要參數(shù)聲光報(bào)警；重要數(shù)據(jù)的歷史（實(shí)時(shí)）趨勢。

4 結(jié)束語

　　本控制系統(tǒng)以plc為核心，實(shí)現(xiàn)了煤氣回收生產(chǎn)工藝的自動(dòng)控制。該系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行證明，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，控制穩(wěn)定可靠，操作直觀方便，得到了用戶的一致好評(píng)。具有很好的應(yīng)用前景。