基于s7-300 PLC器件和總線技術實現(xiàn)煤氣回收自控系統(tǒng)的改造

1、前言

萊鋼集團股份公司所屬煉鋼廠是該公司支柱單位，應生產(chǎn)要求，對原煤氣回收自控系統(tǒng)進行改造，原有的煤氣回收自控系統(tǒng)于1998年投運，采用德國siemens公司的s5 plc系統(tǒng)，上位機采用研華ipc—610（p166），mmi系統(tǒng)采用fix dmacs監(jiān)控軟件，并采用以同軸電纜為介質，基于tf協(xié)議的sinec h1的以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡如圖1所示。

原系統(tǒng)逐漸暴露出越來越多的問題，主要突出在以下幾個方面：

（1）無法滿足硬件和軟件擴容的需要;

（2）備品備件陳舊，供貨困難;

（3）網(wǎng)絡設計為環(huán)狀結構，維護難度大;

（4）編程環(huán)境基于dos，無法與高級監(jiān)控平臺接口。

2、系統(tǒng)介紹

此次系統(tǒng)改造除考慮將plc升級之外，還要將環(huán)狀網(wǎng)絡改為星狀結構，用profibus-dp現(xiàn)場總線。控制方式采用現(xiàn)場總線控制方式適于轉爐煤氣回收現(xiàn)場分散的控制設備性以及惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。

plc采用siemens公司s7-300，監(jiān)控站采用研華piii系列。plc與上位機則采用了基于tcp/ip協(xié)議、星型拓撲結構的以太網(wǎng)通訊方式。星型連接的拓撲結構使得網(wǎng)絡的可靠性、擴充性更強;由于網(wǎng)絡走線距離長，通訊介質采用光纜，可以最高支持100mbps的通訊速率、幾十公里超長的傳輸距離、很強的抗干擾能力以及極低的誤碼率。為了能夠適應惡劣的工業(yè)環(huán)境，采用了turck公司功能防護等級高的pdp、sdpb系列i/o模塊作為遠程站進行現(xiàn)場設備的信號采集。turck遠程模塊具有高防護等級、保護能力以及完善的診斷功能，非常適合用于條件差的現(xiàn)場，降低了維護成本，改造方案如圖2所示。

基于s7-300 PLC器件和總線技術實現(xiàn)煤氣回收自控系統(tǒng)的改造

（1） plc配置

支持profibus-dp總線協(xié)議的cpu 315-2 dp 1塊、支持tcp/ip通訊協(xié)議的cp 343-1 1塊、ps 307（考慮到主機架模塊的背板電流消耗較小，電源模塊容量選擇為5a） 1塊、32點24v di模板3塊、32點24v do模板2塊、8路ai模板1塊。

爐前控制采用bl20，pdp、sdpb系列i/o模塊則用于現(xiàn)場控制。

（2） turck系統(tǒng)硬件配置為：

（a）現(xiàn)場控制：

4路ai模塊（sdpb-40a-0007）21塊、4路rtd模塊（sdpb-40a-0009）11塊、16點di（pdp-im16-0002）3塊、8點do（pdp-om8-0004，2a）4塊。

（b）爐前控制：

3座轉爐爐前控制系統(tǒng)的硬件配置相同，均為：

profibus-dp耦合器（bl20-gw-pbdp-12mb，12mbps）1塊、總線電源模塊（bl20-br-24vdc-d）1塊、32點di模板（bl20-32di-24vdc-p）1塊、輸出模板供電模塊（bl20-pf-24vdc-d）1塊、16點do模板（bl20-16do-24vdc-0.5a-p，0.5a）1塊。

（3）上位機則全部采用高性能的臺灣研華工控機ipc-610（pⅲ1.0g/256m/40g）。

3 、計算機系統(tǒng)軟件編制

整個煤氣回收生產(chǎn)過程工藝流程圖如圖3所示。

整個煤氣回收生產(chǎn)過程的plc控制軟件由梯形圖，順序圖，語句表三部分組成，使用step7軟件。監(jiān)控站系統(tǒng)采用wincc監(jiān)控軟件。

基于s7-300 PLC器件和總線技術實現(xiàn)煤氣回收自控系統(tǒng)的改造

3.1 程序的編制和結構

本著控制程序應當簡潔，安全可靠，易讀，可修改性質等要求，采用模塊化編程結構，完成控制程序的結構功能框圖，控制程序的結構功能框圖如圖4所示，根據(jù)分配的系統(tǒng)資源進行分層編程完善接口。

基于s7-300 PLC器件和總線技術實現(xiàn)煤氣回收自控系統(tǒng)的改造

本程序主要的功能模塊有：

（1）自診斷程序

完成系統(tǒng)硬件故障和軟件故障的分析識別，并做出適當處理。防止出現(xiàn)事故停機（cpu嚴重故障除外），并能完成通訊中斷后的自動啟動。

（2）數(shù)據(jù)預處理程序

完成開關量和模擬量數(shù)據(jù)、二次處理和一些工程量轉換等。

（3）報警和事故處理程序

完成風機電流以及其它重要過程參數(shù)的監(jiān)測報警和事故的緊急處理。

（4）煤氣回收、放散過程控制程序

完成正常生產(chǎn)過程中煤氣回收，放散過程中的設備運作聯(lián)鎖控制和回路調節(jié)控制。

（5）生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計：對回收、吹氧、降罩等重要生產(chǎn)行為的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。

（6）風機運行控制：可完成對4臺風機以及相關負數(shù)設備的自動化控制。

3.2 操作界面組態(tài)設計

監(jiān)控操作界面采用siemens 公司的基于windows 2000平臺的wincc軟件包，它是一套提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，過程可視化及過程監(jiān)控功能的工業(yè)自動化軟件。其自身的數(shù)據(jù)庫容量大，并且可用c語言編程。

根據(jù)工藝要求，編制工藝流程圖、實時趨勢圖、歷史趨勢圖、報警圖等，再把數(shù)據(jù)信息填充連接到編制好的各種圖和輸出報表中。所有這些組件功能集成為一體、實時、綜合的反映復雜的動態(tài)生產(chǎn)過程，按鈕、信號燈、閥位、溫度及流量信號一目了然。該系統(tǒng)有工藝流程圖1幅、生產(chǎn)監(jiān)控圖5幅、實時趨勢圖6幅、歷史趨勢圖3幅、報警圖2幅，有代表性的監(jiān)控圖如圖5、圖6所示。

基于s7-300 PLC器件和總線技術實現(xiàn)煤氣回收自控系統(tǒng)的改造