GE PLC 在空分制氮装置中的应用 - 实在点好工控博客工控论坛

胡先生

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发表人：ifixonline

发表时间：2009/8/14 9:09:00

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本栏论题：

GE PLC 在空分制氮装置中的应用 [8742]

    【摘要】GE PLC 是一种广泛应用于自动控制领域的可编程逻辑控制器，其具有强大的逻辑控制功能，本文仅就其在锦州石化公司空分制氮装置上的应用从硬件组态到软件编程做一简单介绍。

    【关键词】可编程逻辑控制器组态编程

    概述
    近些年来，可编程逻辑控制器（简称PLC）以其强大的逻辑控制功能及可编程特性在石化行业中的应用越来越广泛。美国通用电器公司生产的GE Fanuc 系列90-30 PLC 就是其中比较优秀的一员，其
    易于安装和配置，具有先进的可编程特性，其CPU具有强大的功能，如内装的PID、结构化编程、中断控制、间接寻址等，能完成复杂的操作，适用于中型控制系统。本文就系列 90 -30 PLC 在锦州石化公司空分制氮装置上的应用对该可编程逻辑控制器做一介绍。

    自控方案
    1. 系统结构
    空分制氮装置中的系统硬件配置如10 页（图1）所示。
    ● 基本控制层
    PLC主机及I/O站组成本套系统的基本控制层。I/O站采用的是Field Control，本套系统总共挂接了3 组 Field Control，每组Field Control 由一个总线接口单元（BIU）及8个现场I/O模块构成。PLC主机采用的是5槽底板，其上的卡件分别为一块PWR卡（不占用槽号），一块10 www.jiyitech.com 成功案例· 石油
    图 1 空分制氮系统硬件配置图
    CPU卡，两块GBC卡，一块ETH卡及一块空卡。用户通过编程器对其进行组态编程，使用其强大的内部控制指令来实现逻辑控制。本套控制系统采用两套硬件上完全相同的PLC 控制器组成双机热备控制系统，通过以太网与上位机连接，同时通过Genius 网同I/O站通讯，完成数据的存、取操作。
    ● 上位控制层
    上位控制层采用的是两台性能优良的DELL 工控机，其主要任务是执行先进的控制和管理，并通过数据通讯对PLC 进行监视与控制，进入PLC 的信号通过以太网可在工控机上显示。由于工控机具有卓越的人机界面，使得集中监控更为方便。工控机采用基于Windows NT 的CIMPLICITY 进行组态编程。
    ● 系统供电
    在系统供电方面，采用的是Comet 系列的不间断电源（UPS）。
    2. 系统特点
    ● 冗余
    两组PLC 控制器互为冗余，双机热备软件HBR30 负责管理两PLC 之间的主、备切换以及各类数据的交换。正常情况下，主PLC 控制器完成系统操作，一旦主PLC控制器失效，则备PLC 将立刻接管对整个系统的控制。主、备控制器的确定可以人为指定（%M1020），也可以由系统根据情况确定。PLC 与Field Control 进行通讯的Genius 总线采用冗余结构。正常情况下，系
    统从Genius A 总获取数据，同时检测Genius B 总线的状态，一旦系统检测到Genius A 总线故障，则会自动对Genius B 总线存取数据，从而保证了系统的安全运行。上位机部分由两台硬件配置完全相同的工控机组成，其内部运行着相同的用打印机1号上位机2号上位机
    以太网
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    户程序，因此，在一台上位机故障的情况下，操作人员亦可以通过另一台上位机实现对系统的监控操作。
    ● 自诊断
    GBC模块可以自动报告报警及某些PLC 故障。在一个总线扫描周期，只有一条诊断信息允许发送，设备保存其余的诊断信息直到下一个可获得的总线扫描周期。例如：如果当前设备3 拥有令牌，且设备3及设备4 同时有故障产生，则设备3 可以发送其诊断信息，设备4 必须至
    少等1个或更多的总线扫描周期去发送它的信息。GBC 保存其接收到的任何诊断信息，该信息被CPU自动的读取，并在LM90 软件的PLC 故障表中显示（最多16 条）。
    ● 扫描的执行
    CPU的扫描既可以尽可能快的进行也可以被分配一个恒定的时间段。不管是否使用恒定的扫描时间，CPU 的扫描总是从执行逻辑程序及变更I/O开始，其余的时间用于通讯及后台任务.
    缺省情况下， C P U 组态页中SWE E P MO D E 设置为“NORMAL”，而不是“CNST SWP”。若选择“CNS TSWP”，则CPU 在执行完逻辑程序、更新I/O 及通讯和后台任务后，如果扫描时间仍有剩余，则CPU 将重复执行通讯及后台任务，直至扫描时间被用完；如果在通讯及后台任务完成之前扫描时间被用完，则这些任务将未完成而开始一个新的扫描周期。即使是超过了固定的扫描周期，PLC也将执行完逻辑程序及更新I/O的操作，在这种情况下，在PLC FAULT TABLE 中会有一个报警产生“OVERSWEEP ALARM”。
    3. 组态软件
    本套控制系统的组态软件包括：
    ● 双机热备软件HBR30
    ● Logic Master 90
    ● Cimplicity HMI
    HBR30组态
    GE Fanuc 系列90-30 PL 支持两种冗余方式，分别为两重冗余（HBR）和三重冗余（TMR），本套系统选用的是HBR（两重冗余）中的“Hot Standby”模式。HBR30 主要用于完成冗余系统（PLCA、PLCB之间）用户数据范围的定义、冗余变量的定义及冗余软件与LM90之间的结合。
    1. 主CPU的选择
    HBR30提供了两种选择主CPU的规则：
    ● 指定主CPU
    这种方法通过对系统控制变量（%M1020）赋值来指定主CPU。如果主PLC 故障，则系统将控制转移到备PLC，一旦主PLC恢复正常，则系统控制重新转移给主PLC。
    ● 随动主CPU
    CPU故障
    系统总线故障
    CPU状态切换为STOP
    自诊断标志被置位
    人为指定主PLC
    2. 系统冗余
    HBR30系统组态中，Output Option 选项取值为“1002”即“1 out of 2”，表示只要两组热备的PLC 中有一组PLC 的CPU在线，PLC的输出即可实施操作。H B R 3 0 为冗余系统的组态、编程提供了三个文件夹（H02CFGA、H02CFGB、H02P09），分别作为PLCA 的硬件配置文件夹、PLCB 的硬件配置文件夹及PLCA/PLCB的程序文件夹。因其中已经被嵌入了冗余信息，因此用户只需向三个文件夹中输入系统的组态信息、逻辑图并下装就可以实现两PLC的冗余。
    H B R 3 0 系统采用热备冗余操作（ H o t S t a n d b y Operation）。在这种模式下，只有一个PLC 控制系统的输出设备（例DQ或AQ）。如果主PLC 故障，则备PLC 执行控制功能。在发生程序性切换时（例如发生选择指定CPU时），备CPU会在所有的同步数据传送结束后，承担起控制的功能。
    3. I/O及同步变量组态
    对I/O系统所使用的%I、%Q、%AI、%AQ数据范围组态。对用户逻辑中使用的%R（允许范围是%R3001- 9999）的范围组态。
    LM90 组态
    LM90 的组态包括PLC 硬件配置的组态及逻辑组态两部分，由编程器执行逻辑及配置信息的下装。
    1. I/O系统组态
    I/O系统的硬件配置由HHM（手持终端）来完成。通过手持式编程器可以设置BIU 在Genius 总线上的地址，所挂I/O 模件的类型，每个通道的信号形式、范围及与通讯有关的参数的设置等。
    2. PLC硬件组态
    ● CPU
    本系统所选用的PLC为IC693CPU360，下图为CPU 组态画面：
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    说明：
    [1] 对于双机热备的控制系统，在CPU的组态中，主PLC CPU的Chksum Wrds 必须被设置为11，备PLC CPU的Chksum Wrds 必须被设置为12，对于单机系统该值为8。[2] SWEEP MODE 设置为“NORMAL”，而不是“CNSTSWP”。
    ● 以太网卡
    下图为以太网卡组态画面：
    说明：
    [1] IP Address：用于标识TCP/IP主机的唯一32位地址。
    [2] Subnet Mask：（子网掩码）辨别某一个IP 地址是在本地网络还是在远程网络。
    [3] Gateway IP Address：（网关地址）通向远程网络接口的IP 地址。默认网关是指用以连接到其它网络的路由器的IP 地址，但若以本机充当连接两个不同子网的路由器，则可将其设置为本机的地址。
    ● GBC
    下图为GBC组态画面：
    说明：
    [1] PLC A 中两块GBC的SBA均为31，PLC B 中两块GBC 的SBA均为30。
    [2] 对于冗余系统，GBC 中 Input Def 选项必须为 OFF。
    [3] 对于冗余系统，GBC 中 Out at strt 选项必须为 DISABLE。
    [4] 组态窗口下部分用于输入 Field Control 部分的 I/O 信息。
    3. LM90 软件编程
    ● 温度点的测量及计算方式
    空分制氮装置温度点采用的是IC670ALG620 型号的卡件。该类卡件会根据组态时定义的热阻类型对输入的热电阻信号进行线性转换，精度为0.1，即如果卡件某通道的输入值为1000，因为1000*0.1 = 100，则当前该点温度为100℃。上图所示为TIS405 温度超高报警的T型图。
    ● 量程转换
    PLC接收的现场输入模拟信号在CPU中是以0-32000 的数值形式表示的，但是，由于各被测参数的测量范围不同，使得相同的信号输入，代表的实际工业值却不相同，大大降低了程序的可读性，同时给报警的测定运算带来了不便，因此，我们对输入信号进行了相应的转换，利用
    LM90 软件提供的乘、除运算模块先计算出相应的工程单位值，再进行数值的比较，具体公式如下：
    （PV*量程/32000）=工程单位值其中PV代表以0-32000 表示的现场输入信号值。
    T 型图具体实现方式如下：
    ● 记时区间的延长
    空分制氮装置中纯化系统阀门的闭合启动步骤及停留时间全部由逻辑系统控制，整个纯化过程由一个顺序控制逻辑来实现。完成这个顺序控制共有5 个步骤，总的循环时间为480 分钟，一个循环是指从吸附开始到泄压、加热、冷吹直至充压为止的一个过程。由于LM90 软件自身



    提供的计时器的最大值为100分钟，与要求的480 分钟相差甚远，于是我们采用了双重循环的方式来达到计时的目的。其中外层循环采用的是计数器，内层循环采用的是计时器，计时器每计时到60S，则外层计数器值加1，即计数器的值1 代表的时间为1 分钟，同时计时器复位，重新开始计时，如此循环往复，直至计数器值达到480（480分钟），则一个循环周期结束，计时器、计数器复位，准备开始第二个循环周期， T 型图具体实现如下图所示：通过使用系列 90 -30 PLC 可以很容易的实现空分制氮逻辑的自动程序控制，不但提高了装置的自动化水平，而且降低了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。

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以下是关于《GE PLC 在空分制氮装置中的应用》论题的回复（共1篇）

回复人：gabranth

回复时间：2012/7/13 11:40:00

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