Profibus-DP现场总线在煤气回收改造中的应用

1  引言

    莱钢集团股份公司所属炼钢厂是该公司支柱单位，应生产要求，对原煤气回收自控系统进行改造，原有的煤气回收自控系统于1998年投运，采用德国siemens公司的s5 plc系统，上位机采用研华ipc—610（p166），mmi系统采用fix dmacs监控软件，并采用以同轴电缆为介质，基于tf协议的sinec h1的以太网通讯网络如图1所示。

   
原系统逐渐暴露出越来越多的问题，主要突出在以下几个方面:
    （1） 无法满足硬件和软件扩容的需要;
    （2） 备品备件陈旧，供货困难;
    （3） 网络设计为环状结构，维护难度大;
    （4） 编程环境基于dos，无法与高级监控平台接口。
2  系统介绍

    此次系统改造除考虑将plc升级之外，还要将环状网络改为星状结构，用profibus-dp现场总线。控制方式采用现场总线控制方式适于转炉煤气回收现场分散的控制设备性以及恶劣的现场环境。
 
    plc采用siemens公司s7-300，监控站采用研华piii系列。plc与上位机则采用了基于tcp/ip协议、星型拓扑结构的以太网通讯方式。星型连接的拓扑结构使得网络的可靠性、扩充性更强;由于网络走线距离长，通讯介质采用光缆，可以最高支持100mbps的通讯速率、几十公里超长的传输距离、很强的抗干扰能力以及极低的误码率。为了能够适应恶劣的工业环境，采用了turck公司功能防护等级高的pdp、sdpb系列i/o模块作为远程站进行现场设备的信号采集。turck远程模块具有高防护等级、保护能力以及完善的诊断功能，非常适合用于条件差的现场，降低了维护成本，改造方案如图2所示。

   
（1） plc配置
    支持profibus-dp总线协议的cpu 315-2 dp 1块、支持tcp/ip通讯协议的cp 343-1 1块、ps 307（考虑到主机架模块的背板电流消耗较小，电源模块容量选择为5a） 1块、32点24v di模板3块、32点24v do模板2块、8路ai模板1块。
   
    炉前控制采用bl20，pdp、sdpb系列i/o模块则用于现场控制。
   
（2） turck系统硬件配置为:
    （a） 现场控制:
    4路ai模块（sdpb-40a-0007）21块、4路rtd模块（sdpb-40a-0009）11块、16点di（pdp-im16-0002）3块、8点do（pdp-om8-0004，2a）4块。
    （b） 炉前控制:
    3座转炉炉前控制系统的硬件配置相同，均为:
    profibus-dp耦合器（bl20-gw-pbdp-12mb，12mbps）1块、总线电源模块（bl20-br-24vdc-d）1块、32点di模板（bl20-32di-24vdc-p）1块、输出模板供电模块（bl20-pf-24vdc-d）1块、16点do模板（bl20-16do-24vdc-0.5a-p，0.5a）1块。
   
（3）上位机则全部采用高性能的台湾研华工控机ipc-610（pⅲ1.0g/256m/40g）。[page]

3  计算机系统软件编制

    整个煤气回收生产过程工艺流程图如图3所示。
    整个煤气回收生产过程的plc控制软件由梯形图,顺序图,语句表三部分组成,使用step7软件。监控站系统采用wincc监控软件.

3.1 程序的编制和结构
   
    本着控制程序应当简洁，安全可靠，易读，可修改性质等要求，采用模块化编程结构，完成控制程序的结构功能框图, 控制程序的结构功能框图如图4所示，根据分配的系统资源进行分层编程完善接口。

本程序主要的功能模块有:
    （1） 自诊断程序
    完成系统硬件故障和软件故障的分析识别，并做出适当处理。防止出现事故停机（cpu严重故障除外），并能完成通讯中断后的自动启动。
    （2） 数据预处理程序
    完成开关量和模拟量数据、二次处理和一些工程量转换等。
    （3） 报警和事故处理程序
    完成风机电流以及其它重要过程参数的监测报警和事故的紧急处理。
    （4） 煤气回收、放散过程控制程序
    完成正常生产过程中煤气回收，放散过程中的设备运作联锁控制和回路调节控制。
    （5） 生产数据统计:对回收、吹氧、降罩等重要生产行为的数据进行统计。
    （6） 风机运行控制:可完成对4台风机以及相关负数设备的自动化控制。

3.2 操作界面组态设计
   
    监控操作界面采用siemens 公司的基于windows 2000平台的wincc软件包，它是一套提供现场数据采集，过程可视化及过程监控功能的工业自动化软件。其自身的数据库容量大，并且可用c语言编程。[page]
   
    根据工艺要求,编制工艺流程图、实时趋势图、历史趋势图、报警图等，再把数据信息填充连接到编制好的各种图和输出报表中。所有这些组件功能  集成为一体、实时、综合的反映复杂的动态生产过程，按钮、信号灯、阀位、温度及流量信号一目了然。该系统有工艺流程图1幅、生产监控图5幅、实时趋势图6幅、历史趋势图3幅、报警图2幅,有代表性的监控图如图5、图6所示。

4  结束语

    profibus总线技术已经正式作为我国的一种工业控制标准，其规范和高效性是显而易见的，在莱钢集团也是首次采用，至今运行稳定，随着该集团的工业发展和profibus良好的运行性能，必将会被大量采用，高效服务于工业。