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)絡結構如圖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�？刂萍墝崿F(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-link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。
圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡圖
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windows 2000平臺下開發(fā)，編程靈活方便。軟件采用模塊化編程結構，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。
3.3 油泵控制
該煤氣柜設有8臺油泵用于密封油的循環(huán)。8臺油泵分為4組，每組2臺（1主1輔可選）。每臺泵控制要求相同。在單動方式下，油泵的啟�？刂剖遣僮鲉T在hmi畫面上完成的。在聯(lián)動方式下，油泵的啟�？刂婆c油箱油位聯(lián)鎖，而無需操作員干預。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)壓自動調(diào)節(jié)
降壓穩(wěn)壓自動調(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自動調(diào)節(jié)，系統(tǒng)pid具有自整定功能。分程的pid對三臺調(diào)節(jié)閥進行控制，根據(jù)工況三臺調(diào)節(jié)閥按順序開關。采用分程調(diào)節(jié)擴大了系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍，提高了調(diào)節(jié)精度。
3.5 柜高自動調(diào)節(jié)
柜高自動調(diào)節(jié)主要起保障煤氣柜在安全高度范圍運行。系統(tǒng)采用模糊控制算法通過控制減壓站的壓力穩(wěn)定值進行控制。模糊控制根據(jù)實際專家經(jīng)驗進行推導算出不同工況下的壓力設定值，減壓站根據(jù)模糊算法結果進行變參數(shù)pid調(diào)節(jié)。煤氣柜柜體壓力設計為11kpa，氣柜高75米，氣柜柜高正�？刂圃�50米，此時遠程站調(diào)壓設定壓力為11kpa。當煤氣用戶的煤氣用量增大時，氣柜柜高就會下降，當氣柜高度下降到45米時，主站就會將設定壓力改為11.6kpa，此時氣柜高度就會隨著管網(wǎng)壓力的上升而上升。當氣柜高度上升到50米時，主站就會將設定壓力改為11kpa。當氣柜高度繼續(xù)上升到55米時，主站就會將設定壓力改為10.5kpa，此時氣柜高度就會隨著管網(wǎng)壓力的下降而下降。這樣，柜高自動調(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候，短時間緩解管網(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)組織與報警
系統(tǒng)實現(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；油泵運行、閥位狀態(tài)、油箱液位開關狀態(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)聲光報警；重要數(shù)據(jù)的歷史（實時）趨勢。
4 結束語
本控制系統(tǒng)以plc為核心，實現(xiàn)了煤氣回收生產(chǎn)工藝的自動控制。該系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試運行證明，系統(tǒng)自動化程度高，控制穩(wěn)定可靠，操作直觀方便，得到了用戶的一致好評。具有很好的應用前景。
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