基于PLC的组态软件在空分中的应用

自控与监测 Autocont rol& Monitoring运行与应用GM基于PLC的组态软件在空分中的应用无锡华润微电子有限公司动力系统工程公司(江苏214061)查卫新【摘要】介绍了GE9030PLC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、前言气中各组分沸点不同,先使之液化再进行精馏,从而获随着工业自动化程度的日益提高,可编程序控制器得纯氧、纯氮产品。空分流程为原料空气在离心压缩机(PLC)的使用越来越普遍,PLC使用简单方便,故障中被压缩至0.78MPa(G),经冷气机组将空气冷却,进率低,对现场环境要求不高,因而倍受青昧。在目前的HXK-1500080型纯化器,去除H0O、CO2、C2H2很多自控系统中,常常选用PLC作为控制设备,用于数等,净化后的空气进入分馏塔,通过主换热器及液化器据采集和控制,而在系统上位机上利用组态软件来完成与返流的低温废气、产品氮气进行热交换,然后进入精工业流程及控制参数的显示,实现生产监控和管理等功馏塔底部,经过精馏分离为产品氮气和富氧液空,塔底能,KDON300/5000空气分离装置中自控系统就是采用液空经过冷后节流进入冷凝蒸发器,在0.38MPa(G)PLC控制方式。压力下与氮气相变换热,氮气液化作为分馏塔回流液,二、系统概况液空蒸发为废气。废气经过冷器、液化器升温至1.工艺流程151℃,再经透平膨胀机,绝热膨胀至0.03MPa(G)KDON.3005000空分设备的工作原理是利用空给装置补偿冷量。产品氮气从精馏塔顶引出,经液化长“““长“““长““时间机泵风机工矿类大机组密封件合计年,月11月用件用件/万几26.6364.l热电厂200452.5436.9816.1481.3863.14319.32六、结束语正在全世界范围内迅速发展起来,只有把握住时代的脉维修机制的改变,使先期主动维修克服了“维修过搏,紧跟上时代的步伐,才能使我们的企业得以生存与剩”与“维修不足”造成的浪费,体现了“适时”、“适发展。监测网络的应用,加强了设备的管理,在故障的度”的维修,给企业更大的经济与社会效益。国外知名处理过程中,误报和漏报的可能性大大减少,保证了主企业如3M及杜邦等在实施健康维修后,维修费用平均导生产的关键大机组设备的稳定运行,提高了转动设备减少50%-70%。而我厂每次大型关键设备的费用约的管理水平,确保了经济奋斗目标的实现。几千万元,能充分发挥状态监测网络系统,实现健康维参考文献修,节约的设备维修费用是非常可观的随着技术的发展,监测手段的增多,监测网络以其[1]伍忠贤,王建彬.知识管理,北京:中国纺织出版社综合利用各种监测技术,集中优势,互相补充的特点,2003年2月,GM(收稿日期:2006/8/17)cM通用齟槭206年第11期55运行与应用自控与监 autocontrol& Monitoring器、主换热器复热至常温,送至用户。讯,实现对空分系统的实时监控2.自动控制(3)该控制系统以后能够很方便的与其他计算机网自动控制系统采用美国 GE-Fanu公司的9030PLC络联接,上位机通过以太网能与工厂管理网联接,上位控制器和Ⅴ ersaMax I/O模块组建成控制站,采用Cim机中冗余的 Cimplicity HMI通过Wb服务器功能,实现plicity HM人机界软件和高性能的上位机建成系统的操与工厂远程调度的通信作站。该自动控制系统实现对空分装置的空气压缩机系四、控制站和操作机统、预冷系统、分馏塔系统、透平膨胀机系统、纯化系1.控制站统等工艺过程的监视和控制。本套自动控制系统硬件网PLC控制站由两套90-30PLC控制器和3个Ver络配置如下图:saMax I/O模块组组成,每个控制器和L/O模块组通过条自己的 Genius网络和L/O模块组通信,当主控制器操作站1操作站2出现故障时,备用的控制器立即自动投入控制,不会影打印机响对L/O模块组的控制,仍能进行数据采集、数据存Ethernet储、模拟控制、顺序控制等功能。控制器·H…mGE-Fanuc90-30PLC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Genius bus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,诊断到络和通道级故障,并提供PLC和/O故障表,便于定位故障时间和目标以排除故障。来/去现场的信号VersaMax l/O模块的特点:该系统的产品为模块化和图1来/去现场的信号可扩展结构,是现代开放式控制系统最佳的解决方案。LO该自动控制系统的控制站和操作站一个以太网,支模块和通信模块都可带电插拔,自动配置LO地址,真正持“TCP/lP”协议。PLC控制站由两套90-30PLC控制的即插即用,无机架的紧凑结构,模块安装方便,可灵活器和三个Ⅴ ersa Max L/O模块组及两个操作站组成。控地水平或垂直安装在vO底座上,LO底座安装在DN导制站的φ0-30系统采用机架式结构,JO模块组釆用具轨上,无电缆连接,VO模块装卸时无须变动现场接线,有紧凑和开放式结构的 Versa Max I/O系统。控制站通易扩展,系统具有高可靠性和连续性,先进的故障诊断,过GBC模块与LO模块组的 Genius接口模块以 Genius可诊断网络状态错误信号、强制信号和电源状态,可恢复总线方式连接,从而实现对LO模块点的采集和控制。的电子短路过载保护,拔掉模块的状态可预先设定,开放系统的所有控制站、操作站将通过以太网连接,控制站的结构,支持多种网络通信协议( Modbus、RTU、 Profibus中配置具有10Mbis双绞线以太网接口的主处理器 Genius总线、 Ethernet等)IC693CPU364模块,操作站上位机配置10/100Mbt/s2.操作站自适应以太网卡,来共同实现局域网连接操作站配置性能优良的两台奔腾工业机型,采用三、网络结构indows nt操作系统,安装 Cimplicity HM组态软件。整个控制系统分为两层网络两个操作站都通过配置的以太网卡连接在系统网络上,(1)最底层使用GE的 Genius总线,实现90-30两台上位机均可以通过网络获取网络上所有PLC的数PLC控制器对LO模块组控制。据,实现对现场的监控(2)上层90-30PLC控制器通过10Mbi/s以太网中控室的两套操作站组成冗余服务器系统,一套安与上位机联接,操作站的通过以太网卡与相应的PLC通装 Cimplicity HI300点监控软件开发版,另一台安装562006年第11期cM通用机自构与监Mm运行与应用GMCimplicity HM1300点运行版软件,正常工作时两台上位套300点开发版支持工艺的开发的需要,另一套300机可以同步操作,可以进行监控画面的组态、数据点的点版用于中控室对空气分离装置进行实时控制,Ver建立功能,并始终保持数据同步,当一台上位机故障Pro编程软件的主要功能为;(软硬件或通讯故障),它将自动被切除,由另一台执行(1) Cimplicity HMI是基于 Windows平台的组态软所有的功能,当故障的上位机恢复后,可以自动切回执件。内部采用多线程技术,从而能完成复杂的任务。软行控制。两台上位机通过以太网直接从PLC读取各类数件的结构采用面向Web级的设计,为Cien/ Server结据,从而实现对工艺过程的状态监控和报警、趋势的显构。示功能。可以将实时数据录入 ACCESS数据库,形成通(2) Cimplicity HMI的界面编辑功能十分强大,支用的数据库格式,实现整个装置数据的集中处理功能,持OLE技术,从而可以方便的使用第三方控件。编制各类报表,绘制历史趋势(3) Cimplicity HMI与 SQL Server结合,能完成数据、设置一台打印机,连接其中的一台上位机,通过以太报警和事件的自动登录和日常的数据库维护。通过ODBC网共享打印机,用于数据、报警、报表、趋势的打印。与数据库连接,提供与SQL数据库操作的接口命令。以后当公司需要远程监控时,其中作为主服务器的(4)可以通过给不同用户分配不同的角色和资源来上位机,可以同时作为Web服务器,用于实现远程监完成系统的安全授权。控,通过公司局域网络(以太网或电话线)可以把现场(5)界面设计针对本生产线工段多、生产工艺复的设备状态、报警、流程图等HMI画面传送到厂调度、杂、监控变量多等特点,为避免用户在监控时频繁切换公司调度或网络上的任何一台终端上,在远程客户端可窗口和监视方便,采用 Frame Container将各工段的实时以通过IE浏览到以上内容。界面、实时曲线、历史曲线、报警信息和数据查询打印五、软件报表等界面置于一个 Frame Container中。在相应的属性1.系统操作系统页标签的 Mouse Up事件的响应脚本中采用 Microsoft Windows2000NT(6)设备点的定义 Cimplicity的设备点用来完成L2.PLC编程软件0功能。0点的实现是所有组态软件的技术核心,也GE9030PLC编程、实时监控和系统诊断维护软是组态软件的一个重要部分。件: Versapro2.0,该软件运行在 Windows NT平台上。(7)故障报警这里把报警分为两类:现场报警和Versapro编程软件的主要功能为;通信报警。现场报警,即从PLC采集到的报警点。通信(1)具有梯形图、顺序功能图和指令语句多种编程报警,即上位机和PC通信失败。可为每种报警定义不方式。同的声音,并起动 Alarm Sound Manager这样在报警发(2)图形式硬件组态画面,离线开发梯形图程序,生时,将会有不同的报警声音。在线编辑、监控和修改初始值,可以使用变量名引用(8)数据库本系统的后台数据库是 SQL Server.0点;支持浮点运算、PID功能、子程序中断。通过数据源与 Cimplicity相连。(3)4个等级密码程序保护,子程序加密。(9)用户授权为了便于管理和系统安全,用户权(4)在磁盘上自动存储程序,可打印程序和配置、限为两级进行授权:管理员和操作员。对管理员授予所变量交叉引用表有权限。对操作员,通过分配不同的角色( roles)和资(5)通过串行SNP协议或以太网协议与PLC设备源( Resource),使这类用户只具有浏览各个界面、打印通讯,下载程序、在线监控内存状态,强制O状态,报表、处理报警的权限,而没有对工程进行重新配置、设置CPU实时时钟。调整控制参数、停止系统运行等高级权限。(6)强大的诊断功能,提供PLC和LO两个故障(10)打印报表。 Cimplicity HM有很强的打印功能。表,清晰地指出故障时间、部位和内容六、系统功能3.操作站监控软件(1)流程图的动态显示功能利用丰富的绘图工具釆用 Cimplicity HMI开发版和运行版各一套,其中和控件库及对象连接功能,很容易完成工艺过程各种流cM通用颜藏一2006年第期M起打与应用一叫需自控与监测 Autocontrol& Monitoring程图画面的组态。通过动态连接和图形对象属性组态,ODBC接口作数据登录。报警、事件和数据点均可以登可以把流程图与PLC设备点连接起来,在运行状态下,录到 Microsoft access数据库文件中或其他数据库中。可实现流程的动态显示(如颜色变化、动态填充、数据动以利用符合ODBC标准的应用程序(如Excl)检索这态显示等)。工艺生产过程状态以流程图的方式显示,些数据,产生报表。中控室的上位机进行数据的集中图像由一系列图例组成,并可取出每幅图的局部进行放处理。大,便于分分组显示。流程图上有实时过程动态参数显(7)班、日、月、年报表的产生利用上述数据库登录功能和报表生成软件及 Excel、VB等工具软件,可(2)测量值显示仪表测量值用棒图方式实时显以产生班、日、月、年报表,并且报表可以保存为文本示。测量值的上下限可以组态和修改,并可以自动进行文件存入磁盘。工程量转换。(8)丰富的图表和曲线各种压力、温度过程变化(3)报警显示所有开关量点和模拟量点均可以被曲线、精馏塔纯氧塔液位变化过程曲线、产品氮气、氧组态为记录报警,所有报警和操作事件可以被登录到数气计量累计曲线、事故报警总表等,分日、月时段并衔据库中,用于记录和打印。具有内置的报警图例,只需接,以月为单位存人磁盘要进行简单的组态来满足现场的要求。可组态多幅报警七、结束语画面,报警可以根据等级被分类、分组显示在不同的报空气分离PLC系统采用成熟和先进的控制技术,具警画面中。报警可以具有声音、闪烁、颜色指示和确定有丰富和开放式的网络接口,编程软件包和监控软件包等功能技术成熟、使用方便;系统各硬件的设计符合国际标(4)趋势图实时趋势和历史曲线可以在同一张图准,经过一段时间的运行,整个系统运行平稳,安全可表上,同一张图表上可以有来自不同数据源的数据,每靠,生产参数实时采集、生产异常及时报警,消除了安个图表的曲线不受限制,在运行时可以动态改变趋势和全隐患,PLC系统控制精度高,确保了空气分离装置高增加趋势曲线效经济运行。(5)设定值更改操作方便可以通过键盘或鼠标方便地在上位机上进行现场设备控制和设定值更改操作。参考文献并可对设定功能增加权限保护,设立用户操作口令,防止误操作。并只允许具有设定值修改权限的操作员进行[]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京北京航空航天大学出版社,2003.GM操作(收稿日期:2006/8/9(6)数据处理和存储采用 Cimplicity HMI标准的“““““““(上接第46页)柱塞卡死引发故障。当柱塞与柱塞缸出现锈垢,并最终将柱塞与柱塞缸、结论卡在一起时,肯定会使活塞杆停止运动、增压泵的增压至此,原因已查清,将泵体内部部件清理干净后功能失效。的确是锈垢导致了这次故障的发生。另外弹原样装回,增压泵就能恢复工作。开始时的维修,虽然簧应选用不锈钢材质,而不是选用普通弹簧的材质,普表面上是修好了,但没有将弹簧更换成不锈钢弹簧,未通材质弹簧生锈脱落的锈垢,最终被挤在柱塞与柱塞缸从根本上解决问题,不能杜绝此类故障的再次发生。由之间,直接造成了增压泵的停机。泵体内其他部分如活此也看出维修第一现场的重要性:如果当时亲眼所见或塞的材质为铝,活塞杆材质为不锈钢,泵体的材质为铝自己动手拆检,应能在第一时间发现问题的症结所在合金,唯独在弹簧材质选用上未作慎重对待,导致压缩不会在事后留下任何缺憾,希望这一例故障的处理对从空气的水分因为气动三连件除水效果降低,进入活塞事维修工作的同行们能有一定的借鉴作用。GM腔,将弹簧侵蚀而生锈,脱落的铁锈落入柱塞部分,将(收稿日期:2006/1/23)2006年第1期cM通用