ControlLogix在大型输煤控制系统中的应用

一、引言：
国电浙江北仑第一发电有限公司一期输煤系统，主要承担公司＃1机组、＃2机组两台600MW机组的原煤的卸煤、供煤任务；同时担负部分煤炭的中转任务。控制系统主要可分为卸船和进仓两部分，分别采用一套双机热备的PLC-3来控制，其中卸船部分的PLC和进仓部分的PLC通过Peer-to-Peer方式进行实时信息交换，有两台上位机通过DH+网络和PLC-3相连，另有三台斗轮堆取料机通过RIO方式与系统交换数据。整个系统对现场所有皮带机、卸料小车及辅助设备（磁铁分离器、金属探测器、取样系统、集尘系统）进行控制，同时与卸船机、斗轮机的控制系统进行部分信息交换，达到集中控制的目的。
PLC-3是Rockwell Automation公司在二十世纪80年代早期推出的中型PLC，属于第一代产品。PLC-3系列产品逐步退出历史舞台，其价格、供货期、技术支持等方面已经难以得到保证。另系统经过15年的连续运行，也已逐渐老化。主要表现出通讯速度慢；时有不明故障发生；而且编程监测设备与系统连接困难，严重影响故障处理工作。
为了确保一期输煤系统能更安全、更可靠的运行，我们采用Rockwell Automation公司的ControlLogix系列产品对该系统进行了升级改造。

二、系统配置：
2.1 控制器说明：
ControlLogix是Rockwell公司的第三代主流产品。由于ControlLogix可以处理的I/O容量很大，理论上单机就可以达到128000点开关量信号或者4000路模拟量信号；而卸船系统和进仓系统总共1000点开关量和40路模拟量信号，因此，我们将卸船系统和进仓系统的主机部分合并，采用一套ControlLogix系统进行控制，CPU型号为L55M24，并采用双机架、双控制器冷备方式进行控制。
ControlLogix除了具有可靠性高、指令集丰富、联网通讯能力强、I/O模板丰富、开放性好等传统PLC如PLC-5所具有的优点以外，ContolLogix还具有传统PLC所不具备的优点。ControlLogix系列产品是一个真正的集成控制平台，区别于传统控制器只能满足于单一控制要求，ControlLogix利用统一的编程软件和一个公共系统数据库将顺序控制、过程控制、传动和运动控制集成在一个框架内。
2.2 控制网络说明：
系统采用冗余的ControlNet网络连接计算机、PLC主机和I/O站点，以保证数据传输的可靠性和实时性。ControlNet是当今自动化领域最现代化、最具竞争力的开放式网络，它是基于开放网络技术的一种新发明的解决方案——生产者/客户模式，满足链接PLC处理器、I/O、计算机、操作员终端及其它智能设备所需的实时、高信息吞吐量应用的要求，组合了I/O网络和对等网络的功能，同时也提供这两个网络的高速性能。ControlNet可以用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速率、高效率的场合，同时也允许传送无时间苛刻要求的报文数据，但不会对有时间苛刻要求的数据传送造成冲击。
整个系统的控制设备的网络站点基本位于三个地方：煤控室、煤仓和码头，因此位于同一地点的控制器、I/O及上位机站点可以直接采用冗余的同轴电缆连接。而煤控室、煤仓层和码头之间由于距离较远，布线要经过户外，因此我们使用了光纤冗余网络连接，以提高抗干扰性能。另由于三台斗轮机上的控制电缆卷盘中的电缆无光缆也无同轴电缆，不能组建ControlNet网络，考虑改造成本，且斗轮机和煤控室之间的通信量较少，其通讯电缆仍采用原有电缆1770－CD，在煤控室PLC1站的框架上增加两块DH+/RIO模块组建RIO通讯网络；斗轮机上的RIO站点保持不变。
2.3 上位机系统：
采用两台上位机，分别负责进仓和卸船作业，同时可以互为备用，即每台都能完成进仓、卸船功能。
在计算机中安装1784-PCIC使其可以通过ControlNet网络和PLC连接，并可以进行编程、程序上下载、网络组态、读写PLC数据、监控现场各设备启停等操作。监控软件采用Rockwell Software公司的RSView32，采用简洁、明晰、直观的动态图形来表示各各设备的状态，并详细记录设备的运行状态、故障信息等，并能以灵活的方式查询这些信息。


三、项目实施：
由于在改造项目的实施期间，系统仍然需要对＃2机组进行供煤，每天可供使用的停机改造时间仅为4小时，因此在如何保证机组正常发电的基础上，完成好输煤系统的改造成为此项目的关键。
我们充分利用了ControlLogix系统与原DH＋/RIO通讯兼容的特点，将整个改造过程分为四步。
3.1 程序设计
基于IEC1131-3标准的RSLogix5000编程软件和Logix5550控制器丰富的指令集，使我们充分利用了已有的编程技能。用户自定义的数据结构和基于标签的寻址方式使得编程更加轻松，使控制程序具有更高的可读性，也能减少编程和调试运行中的错误，便于用户的维护。
在编程中过程中我们放弃了对原系统程序直接升级的方法进行程序编制，而是充分考虑并吸收了多年的实践操作和应用的经验，编制了更加适合本系统的逻辑控制流程图。在程序中所有应用于逻辑控制的输入输出信号均不直接使用输入输出模块标签，而采用了中间变量作为传递的桥梁，在系统更换为ControlLogix系统的调试过程中可避免对系统控制逻辑程序的修改。
3.2 工艺功能的调试。
在ControlLogix框架中安装DH＋/RIO模块，采用RIO方式与原系统I/O模块连接，调试PLC程序的逻辑功能与上位机系统的人机界面功能。
由于在程序设计中以流程图为标准编程并按照设备来划分不同的控制子程序，在调试中根据调试进程的安排可单独测试某个设备的功能，大大加快了现场调试的速度并增加了调试过程中的安全性。如图四所示为程序结构图。这样就完成了新系统各控制逻辑功能的调试并同时完成了上位机人机界面各画面功能的调试。
3.3 系统的改接线
利用进仓的时间间隔，将原来接在1771 I/O模块上的信号线改接到新增加的罗克韦尔公司1492-IFM40F接线座上，再通过1492-CABLExxxQ电缆连接1756或1771系列模块上。这是实现本次不停机改造的关键，我们先使用1492-CABLExxxQ电缆与备用的1771接线端子进行连接，在系统的进仓间隔中，将原系统信号线逐步改接到1492-IFM40F接线座上，并利用已完成的1492-CABLExxxQ电缆接回原I/O模，这样在保证了项目改造稳步进行的同时，保证了机组正常供煤的需求。
3.4 ControlLogix系统的安装。
安装完各处ControlLogix框架及模块后，利用前期完成的带1756接线臂的1492-CABLExxxQ电缆连接ControlLogix系统的I/O模块与1492-IFM40F接线座，并将原程序中使用的1771I/O模块标签改为1756I/O模块的标签。
借助ControlLogix系统提供的优越性能，我们仅用了六周的时间就完成了系统的现场改造工作。
四、结束语：
多年使用Rockwell公司的自动化产品，其可靠性给我们留下了深刻的印象，此次系统改造的成功实施，使我公司一期输煤系统的自动化程度得到了大幅度的提高，ControlLogix系统的先进性得到了充分的体现。