基于西門子PLC的煤氣回收控制系統(tǒng)

1 引言

　　焦爐煤氣回收系統(tǒng)主要由煤氣柜和減壓站組成，在實現(xiàn)了焦爐煤氣的回收再利用的同時，還對節(jié)能環(huán)保及穩(wěn)定用戶管網(wǎng)壓力起到了重要作用?；谖鏖T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414-4hcpu，2塊冗余電源模板，2塊冗余cp443網(wǎng)卡。正常運行時一臺cpu（主）參與控制，另一臺cpu（備）通過同步模塊與之同步，當檢測到主cpu、機架、電源、通訊等故障發(fā)生時，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程i/o模式，根據(jù)i/o點的實際數(shù)量配置了2個et200m智能遠程i/o站，遠程智能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)，并安裝人機界面用于本地操作和設置相關參數(shù)。減壓控制站使用em277與氣柜控制站實現(xiàn)網(wǎng)絡通訊，氣柜控制站為系統(tǒng)主站。

　　2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡

　　整個系統(tǒng)網(wǎng)絡分為現(xiàn)場級、控制級、監(jiān)控級三級，系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1。現(xiàn)場級使用profibus dp冗余現(xiàn)場總線進行通訊，主要實現(xiàn)s7-400h主站和遠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12mbps。控制級實現(xiàn)s7-400 plc和s7-200plc之間數(shù)據(jù)交換，使用profibus dp總線進行通信，s7-400 plc冗余profibus dp總線與s7-200plc單總線使用y-bbbb轉(zhuǎn)換模塊進行總線自動轉(zhuǎn)換，總線使用光纖介質(zhì)傳輸，通訊速率快。監(jiān)控級采用西門子sclancs交換機構(gòu)成冗余的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，實現(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100mbps，2臺操作站與as站共形成4條冗余iso協(xié)議連接，提高了系統(tǒng)網(wǎng)絡可靠性。

　　2.3 hmi

　　hmi（人機接口）是生產(chǎn)操作人員對生產(chǎn)過程實施監(jiān)控的窗口。本例使用兩臺熱備方式的操作員站，其中一臺同時作為工程師站，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實現(xiàn)了對工藝參數(shù)的集中顯示、故障報警、數(shù)據(jù)記錄、設備操作。

3 控制系統(tǒng)原理

　　3.1 設計方案

　　本系統(tǒng)采用step7 v5.3和micro -win step7軟件在bbbbbbs 2000平臺下開發(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、煤氣管道電動蝶閥與煤氣放散閥、煤氣調(diào)節(jié)閥等設備的控制與聯(lián)鎖保護、工藝參數(shù)檢測與報警功能。受控設備設計為現(xiàn)場手動和集中控制兩種控制方式。集中控制包括設備單動和設備聯(lián)動自動兩種控制方式，在集中控制方式下操作人員在hmi畫面上進行單動操作和聯(lián)動自動方式選擇。減壓站控制通過調(diào)節(jié)三臺壓力調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)壓力降壓穩(wěn)壓功能，主要有手動、自動、遠控三種操作模式。

　　3.2 進氣調(diào)節(jié)閥pid控制

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