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基于PLC的组态软件在空分中的应用

基于PLC的组态软件在空分中的应用

2007/2/1 9:12:00
【摘 要】介绍了GE90—30PLC的控制结构和组态软件在空气分离装置中的运用。 【关键词】PLC 组态软件 分布式 空分 一、前言 随着工业自动化程度的日益提高,可编程序控制器(PLC)的使用越来越普遍,PLC使用简单方便,故障率低,对现场环境要求不高,因而倍受青昧。在目前的很多自控系统中,常常选用PLC作为控制设备,用于数据采集和控制,而在系统上位机上利用组态软件来完成工业流程及控制参数的显示,实现生产监控和管理等功能,KDON300/5000空气分离装置中自控系统就是采用PLC控制方式。 二、系统概况 1.工艺流程 KDON-300/5000型空分设备的工作原理是利用空气中各组分沸点不同,先使之液化再进行精馏,从而获得纯氧、纯氮产品。空分流程为原料空气在离心压缩机中被压缩至0.78MPa(G),经冷气机组将空气冷却,进入HXK-15000/8.0型纯化器,去除H2O、CO2、C2H2等,净化后的空气进入分馏塔,通过主换热器及液化器与返流的低温废气、产品氮气进行热交换,然后进入精馏塔底部,经过精馏分离为产品氮气和富氧液空,塔底液空经过冷后节流进入冷凝蒸发器,在0.38MPa(G)压力下与氮气相变换热,氮气液化作为分馏塔回流液,液空蒸发为废气。废气经过冷器、液化器升温至-151℃,再经透平膨胀机,绝热膨胀至0.03MPa(G)给装置补偿冷量。产品氮气从精馏塔顶引出,经液化器、主换热器复热至常温,送至用户。 2.自动控制 自动控制系统采用美国GE-Fanuc公司的90-30 PLC控制器和VersaMax I/O模块组建成控制站,采用Cimplicity HMI人机界软件和高性能的上位机建成系统的操作站。该自动控制系统实现对空分装置的空气压缩机系统、预冷系统、分馏塔系统、透平膨胀机系统、纯化系统等工艺过程的监视和控制。本套自动控制系统硬件网络配置如下图:
该自动控制系统的控制站和操作站一个以太网,支持“TCP/IP”协议。PLC控制站由两套90-30 PLC控制器和三个VersaMax I/O模块组及两个操作站组成。控制站的90—30系统采用机架式结构,I/O模块组采用具有紧凑和开放式结构的VersaMax I/O系统。控制站通过GBC模块与I/O模块组的Genius接口模块以Genius总线方式连接,从而实现对I/O模块点的采集和控制。系统的所有控制站、操作站将通过以太网连接,控制站中配置具有10Mbit/s双绞线以太网接口的主处理器IC693CPU364模块,操作站上位机配置10/100Mbit/s自适应以太网卡,来共同实现局域网连接。 三、网络结构 整个控制系统分为两层网络 (1)最底层使用CE的Genius总线,实现90—30PLC控制器对I/O模块组控制。 (2)上层90—30 PLC控制器通过10Mbit/s以太网与上位机联接,操作站的通过以太网卡与相应的PLC通讯,实现对空分系统的实时监控。 (3)该控制系统以后能够很方便的与其他计算机网络联接,上位机通过以太网能与工厂管理网联接,上位机中冗余的Cimplicitv HMI通过Web服务器功能,实现与工厂远程调度的通信。 四、控制站和操作机 1.控制站 PLC控制站由两套90—30 PLC控制器和3个VersaMax:I/O模块组组成,每个控制器和I/O模块组通过一条自己的Genius网络和I/O模块组通信,当主控制器出现故障时,备用的控制器立即自动投入控制,不会影响对I/O模块组的控制,仍能进行数据采集、数据存储、模拟控制、顺序控制等功能。 GE-Fanuc90—30 PLC特点:该PLC结构小,配置灵活,提供了开放的网络结构,提供多种网络接口和先进的编程特性。内置RS232/RS485通信口,用于硬件组态和逻辑编程或串性通信。后备电池存储器和多级口令保护和存储器保护功能,大范围模块诊断功能,诊断到网络和通道级故障,并提供PLC和I/O故障表,便于定位故障时间和目标以排除故障。 VetsaMax I/O模块的特点:该系统的产品为模块化和可扩展结构,是现代开放式控制系统最佳的解决方案。I/O模块和通信模块都可带电插拔,自动配置I/O地址,真正的即插即用,无机架的紧凑结构,模块安装方便,可灵活地水平或垂直安装在I/O底座上,I/O底座安装在DIN导轨上,无电缆连接,I/O模块装卸时无须变动现场接线,易扩展,系统具有高可靠性和连续性,先进的故障诊断,可诊断网络状态错误信号、强制信号和电源状态,可恢复的电子短路过载保护,拔掉模块的状态可预先设定,开放的结构,支持多种网络通信协议(Modbus、RTU、Profibus、Genius总线、Ethernet等)。 2.操作站 操作站配置性能优良的两台奔腾工业机型,采用Windows NT操作系统,安装Cimplicity HMI组态软件。两个操作站都通过配置的以太网卡连接在系统网络上,两台上位机均可以通过网络获取网络上所有PLC的数据,实现对现场的监控。 中控室的两套操作站组成冗余服务器系统,一套安装Cimplicity HMI 300点监控软件开发版,另一台安装Cimplicity HMI 300点运行版软件,正常工作时两台上位机可以同步操作,可以进行监控画面的组态、数据点的建立功能,并始终保持数据同步,当一台上位机故障(软硬件或通讯故障),它将自动被切除,由另一台执行所有的功能,当故障的上位机恢复后,可以自动切回执行控制。两台上位机通过以太网直接从PLC读取各类数据,从而实现对工艺过程的状态监控和报警、趋势的显示功能。可以将实时数据录入ACCESS数据库,形成通用的数据库格式,实现整个装置数据的集中处理功能,编制各类报表,绘制历史趋势。 设置一台打印机,连接其中的一台上位机,通过以太网共享打印机,用于数据、报警、报表、趋势的打印。 以后当公司需要远程监控时,其中作为主服务器的上位机,可以同时作为Web服务器,用于实现远程监控,通过公司局域网络(以太网或电话线)可以把现场的设备状态、报警、流程图等HMI画面传送到厂调度、公司调度或网络上的任何一台终端上,在远程客户端可以通过IE浏览到以上内容。 五、软件 1.系统操作系统 采用Microsoft Windows 2000 NT 2.PLC编程软件 GE 90-30 PLC编程、实时监控和系统诊断维护软件:VersaPro2.0,该软件运行在Windows NT平台上。VersaPro编程软件的主要功能为; (1)具有梯形图、顺序功能图和指令语句多种编程方式。 (2)图形式硬件组态画面,离线开发梯形图程序,在线编辑、监控和修改初始值,可以使用变量名引用I/O点;支持浮点运算、PID功能、子程序中断。 (3)4个等级密码程序保护,子程序加密。 (4)在磁盘上自动存储程序,可打印程序和配置、变量交叉引用表。 (5)通过串行SNP协议或以太网协议与PLC设备通讯,下载程序、在线监控内存状态,强制I/O状态,设置CPU实时时钟。 (6)强大的诊断功能,提供PLC和I/O两个故障表,清晰地指出故障时间、部位和内容。 3.操作站监控软件 采用Cimplicity HMI开发版和运行版各一套,其中一套300点开发版支持工艺的开发的需要,另一套300点版用于中控室对空气分离装置进行实时控制,VersaPro编程软件的主要功能为; (1)Cimplicitv HMI是基于Windows平台的组态软件。内部采用多线程技术,从而能完成复杂的任务。软件的结构采用面向Web级的设计,为Client/Server结构。 (2)Cimplicity HMI的界面编辑功能十分强大,支持OLE技术,从而可以方便的使用第三方控件。 (3)Cimplicity HMI与SQL Server结合,能完成数据、报警和事件的自动登录和日常的数据库维护。通过ODBC与数据库连接,提供与SQL数据库操作的接口命令。 (4)可以通过给不同用户分配不同的角色和资源来完成系统的安全授权。 (5)界面设计 针对本生产线工段多、生产工艺复杂、监控变量多等特点,为避免用户在监控时频繁切换窗口和监视方便,采用Frame Container将各工段的实时界面、实时曲线、历史曲线、报警信息和数据查询打印报-表等界面置于一个Frame Container中。在相应的属性页标签的Mouse Up事件的响应脚本中。 (6)设备点的定义 Cimplicity的设备点用来完成I/O功能。I/O点的实现是所有组态软件的技术核心,也是组态软件的一个重要部分。 (7)故障报警这里把报警分为两类:现场报警和通信报警。现场报警,即从PLC采集到的报警点。通信报警,即上位机和PLC通信失败。可为每种报警定义不同的声音,并起动Alarm Sound Manager。这样在报警发生时,将会有不同的报警声音。 (8)数据库 本系统的后台数据库是SQL Server。通过数据源与Cimplicitv相连。 (9)用户授权 为了便于管理和系统安全,用户权限为两级进行授权:管理员和操作员。对管理员授予所有权限。对操作员,通过分配不同的角色(Roles)和资源(Resource),使这类用户只具有浏览各个界面、打印报表、处理报警的权限,而没有对工程进行重新配置、调整控制参数、停止系统运行等高级权限。 (10)打印报表。Cimplicity HMI有很强的打印功能。 六、系统功能 (1)流程图的动态显示功能 利用丰富的绘图工具和控件库及对象连接功能,很容易完成工艺过程各种流程图画面的组态。通过动态连接和图形对象属性组态,可以把流程图与PLC设备点连接起来,在运行状态下,实现流程的动态显示(如颜色变化、动态填充、数据动态显示等)。工艺生产过程状态以流程图的方式显示,图像由一系列图例组成,并可取出每幅图的局部进行放大,便于分分组显示。流程图上有实时过程动态参数显示: (2)测量值显示 仪表测量值用棒图方式实时显示。测量值的上下限可以组态和修改,并可以自动进行工程量转换。 (3)报警显示 所有开关量点和模拟量点均可以被组态为记录报警,所有报警和操作事件可以被登录到数据库中,用于记录和打印。具有内置的报警图例,只需要进行简
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