西門子PLC模塊6ES7317-2AK14-0AB0

在輸煤自控系統(tǒng)中，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)和輸煤控制PLC進(jìn)行通信，對(duì)皮帶跑偏信號(hào)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并在屏幕上顯示輸煤系統(tǒng)仿真畫面，可以直觀地察看設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)皮帶跑偏（跑偏15度）時(shí)，在屏幕上顯示報(bào)警畫面；當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或皮帶嚴(yán)重跑偏（跑偏30度）時(shí)，在屏幕上顯示報(bào)警畫面并向PLC發(fā)送事故停車信號(hào)。

    輸煤控制PLC則根據(jù)控制開關(guān)的輸入信號(hào)，執(zhí)行對(duì)應(yīng)程序塊，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能：向上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送工作組態(tài)信息，接收上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的事故停車信號(hào)，實(shí)現(xiàn)事故停車處理功能并啟動(dòng)報(bào)警設(shè)備。二者配合共同實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制功能。

    上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠其他系統(tǒng)的監(jiān)控，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、輸煤系統(tǒng)PLC和其他系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（PLC、監(jiān)控儀表）共同構(gòu)成分布式系統(tǒng)（DCS）。

    2.3 運(yùn)行模式

    根據(jù)輸煤過(guò)程的要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)行模式。在一般情況下，采用并行模式，可根據(jù)需要單獨(dú)選用或同時(shí)運(yùn)行輸煤一線和輸煤二線。交叉模式是由輸煤一線和輸煤二線的有關(guān)設(shè)備組成的，僅在特殊情況下選用。

    2.3.1并行模式

    并行一線：
    聯(lián)鎖開車順序：10＃皮帶機(jī)→8＃皮帶機(jī)→6＃皮帶機(jī)→2＃破碎機(jī)→2＃振動(dòng)篩→4＃皮帶機(jī)→2＃皮帶機(jī)→2＃（3＃）給煤機(jī)→4＃給煤機(jī)。
    聯(lián)鎖停車順序：與開車順序相反，延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。2＃、3＃給煤機(jī)某中一臺(tái)備用。

    并行二線
    聯(lián)鎖開車順序：9＃皮帶機(jī)→7＃皮帶機(jī)→5＃皮帶機(jī)→1＃破碎機(jī)→1＃振動(dòng)篩→3＃皮帶機(jī)→1＃皮帶機(jī)→1＃給煤機(jī)。
    聯(lián)鎖停車順序：與開車順序相反，延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。

    2.3.2 交叉模式

    交叉線
    聯(lián)鎖開車順序：9＃皮帶機(jī)→7＃皮帶機(jī)→6＃皮帶機(jī)→2＃破碎機(jī)→2＃振動(dòng)篩→4＃皮帶機(jī)→2＃皮帶機(jī)→2＃（3＃）給煤機(jī)。
    聯(lián)鎖停車順序：與開車順序相反，延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。2＃、3＃給煤機(jī)其中一臺(tái)備用。

    2.4 PLC程序設(shè)計(jì)
    針對(duì)輸煤系統(tǒng)的控制要求以及具體控制方案的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)程序流程如圖2所示。

    2.4.1 程序說(shuō)明

    ·子模塊0：初始化子程序。在PLC加電時(shí)根據(jù)各個(gè)開關(guān)的位置設(shè)立標(biāo)志位。僅在第一個(gè)掃描周期執(zhí)行。
    ·子模塊1：并行一線聯(lián)鎖啟停控制程序。根據(jù)啟動(dòng)標(biāo)志位1實(shí)現(xiàn)并行一線的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車，并判斷事故停車信號(hào)以實(shí)現(xiàn)事故停車。
    ·子模塊2：并行二級(jí)聯(lián)鎖啟停控制程序。根據(jù)啟動(dòng)標(biāo)志位2和實(shí)現(xiàn)并行二線的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車，并判斷事故停車信號(hào)以實(shí)現(xiàn)事故停車。
    ·子模塊3：交叉線聯(lián)鎖啟停控制程序，根據(jù)啟動(dòng)標(biāo)志位3實(shí)現(xiàn)交叉線的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車，并判斷事故停車信號(hào)以實(shí)現(xiàn)事故停車。
    ·PLC的輸出信號(hào)控制電機(jī)的接觸器，啟動(dòng)送高電平，停止送低電平。但是，1＃破碎機(jī)功率達(dá)90kW，2＃破碎機(jī)功率達(dá)110KW，需要降壓?jiǎn)?dòng)，所以啟動(dòng)時(shí)PLC送一個(gè)正脈沖，停車時(shí)PLC送一個(gè)負(fù)脈沖。

    2.4.2 程序特點(diǎn)

    ·特殊標(biāo)志位的使用：使用特殊標(biāo)志位SM0.1，使得初始化子程序（子模塊0）僅在第一個(gè)掃描周期執(zhí)行，而在以后的掃描周期不再執(zhí)行。這樣，個(gè)別標(biāo)志位在PLC加電后不受開關(guān)變化的影響。例如，并行模式和交叉模式對(duì)應(yīng)標(biāo)志位僅在關(guān)掉主控開關(guān)后才能改變。

    ·內(nèi)部標(biāo)志位的使用：在程序中，利用標(biāo)志位來(lái)表示不同的現(xiàn)場(chǎng)情況和程序狀態(tài)，增加了程序的可靠性和靈活性。
    ·程序模塊化：程序由不同子模塊構(gòu)成，各子模塊獨(dú)立完成各自功能，互不干擾，因而程序結(jié)構(gòu)清晰，便于修改。
    ·定時(shí)器的使用：程序中，利用不同的定時(shí)器來(lái)設(shè)定不同設(shè)備的延時(shí)時(shí)間，可以靈活地根據(jù)控制要求進(jìn)行延時(shí)時(shí)間的設(shè)定。

    2.5 部分程序梯形圖

    圖3所示為部分聯(lián)鎖啟停控制梯形圖，T37用于控制設(shè)備的啟動(dòng)延時(shí)，T40～T46用于控制相應(yīng)設(shè)備的停車延時(shí)，接收到停車信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的延時(shí)，對(duì)應(yīng)定時(shí)器置位從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖停車。Q0.3是1#破碎機(jī)的啟動(dòng)控制輸出通道，啟動(dòng)1＃破碎機(jī)時(shí)送出一個(gè)寬度為2s的正脈沖。Q0.7、Q1.0分別是2＃給煤機(jī)、3＃給煤機(jī)的控制輸出通道，M0.1、M0.2 是內(nèi)部標(biāo)志位，用于保證2＃、3＃給煤機(jī)始終為一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。

    總之，本系統(tǒng)中，PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，能夠可靠、準(zhǔn)確地完成控制操作，并且可以通過(guò)與上級(jí)工控機(jī)通信，組成分布式系統(tǒng)共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制要求，是現(xiàn)代工業(yè)控制中比較*的控制方案，應(yīng)用前景廣泛。

    目前，本系統(tǒng)已經(jīng)在內(nèi)蒙古伊化集團(tuán)蘇尼特堿礦電廠投入運(yùn)行，能夠可靠、準(zhǔn)確地完成控制操作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄輸煤過(guò)程運(yùn)行狀況，并且能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種突發(fā)事件及時(shí)做出響應(yīng)，取得了良好的效果

關(guān)鍵詞 工業(yè)以太網(wǎng) PROFINET SBR工藝 SCADA


　　1 引言

　　近年來(lái)在城市污水處理的工藝中，投資少、運(yùn)行靈活的SBR處理工藝得到廣泛的應(yīng)用。SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)序批式活性污泥工藝早在1904年就被開發(fā)，并取得了較好的效果,只是由于當(dāng)時(shí)的自動(dòng)化水平和設(shè)備制造工藝的限制，所以沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。而近年來(lái)隨著自動(dòng)化技術(shù)及在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，為SBR工藝的發(fā)展和應(yīng)用提供了前提條件，因?yàn)閷?duì)污水處理工藝進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制是提高污水處理效率、降低處理能耗的關(guān)鍵，所以SBR工藝也是各種污水處理工藝中對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)要求較高的一種工藝。SBR反應(yīng)過(guò)程主要是在生物反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行的，該工藝主要由進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水和閑置等五個(gè)階段組成。SBR工藝的處理效果主要取決于其運(yùn)行參數(shù)，其中主要參數(shù)包括各反應(yīng)段時(shí)間以及曝氣強(qiáng)度。一般采用以PLC為核心的工藝過(guò)程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)控制鼓風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)閥等設(shè)備及各反應(yīng)段時(shí)間，使水質(zhì)達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　由此可見，SBR污水處理工藝是一個(gè)多參量(如液位、流量、壓力、生物指標(biāo)等)、多任務(wù)(如污水輸送、風(fēng)量控制、水泵的啟停等)、多設(shè)備(如格柵機(jī)、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、閥門等) 且具有隨機(jī)性 、時(shí)變性和耦合性的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，應(yīng)由穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)信息交換網(wǎng)絡(luò)與綜合管理系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化的管理，使之安全可靠地運(yùn)行。


　　 2 工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET技術(shù)應(yīng)用

　　所謂工業(yè)以太網(wǎng)，一般來(lái)講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。

　　 PROFINET是Process Field Net的縮寫，它是PROFIBUS客戶、生產(chǎn)商與系統(tǒng)集成聯(lián)盟協(xié)會(huì)推出的在PROFIBUS與以太網(wǎng)間全開放的通信協(xié)議。PROFINET是一種基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的自動(dòng)化解決方案，它以一整套完整高性能并可升級(jí)的方式，可以為PROFIBUS及其他各種現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)提供以太網(wǎng)移植服務(wù);PROFINET標(biāo)準(zhǔn)的開放性保證了其長(zhǎng)遠(yuǎn)的兼容性與擴(kuò)展性，從而可以保護(hù)用戶的投資與利益。 PROFINET可以使工程與組態(tài)、試運(yùn)行、操作和維護(hù)更為便捷，并且能夠與PROFIBUS以及其它現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成與連接。

　　 這種跨越供應(yīng)商的開放式標(biāo)準(zhǔn)建立在工業(yè)以太網(wǎng)基礎(chǔ)之上，覆蓋了工廠自動(dòng)化的所有領(lǐng)域。依賴于現(xiàn)行的IT標(biāo)準(zhǔn)，并且無(wú)條件地支持TCP/IP協(xié)議，從而確保了公司范圍內(nèi)從辦公區(qū)域到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的集成通訊。 它主要包含3方面的技術(shù)： ① 基于通用對(duì)象模型(COM)的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)； ② 規(guī)定了PROFIBUS和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)之間的開放、透明通信； ③ 提供了一個(gè)包括設(shè)備層和系統(tǒng)層、獨(dú)立于制造商的系統(tǒng)模型。

　　PROFINET采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)作為連接介質(zhì)，采用TCP/IP協(xié)議加上應(yīng)用層的RPC／DCOM來(lái)完成節(jié)點(diǎn)之間的通信和網(wǎng)絡(luò)尋址。它可以同時(shí)掛接傳統(tǒng)PROFIBUS系統(tǒng)和新型的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。現(xiàn)有的PROFIBUS網(wǎng)段可以通過(guò)一個(gè)代理設(shè)備(proxy)連接到PROFINET網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，使整套PROFIBUS設(shè)備和協(xié)議能夠原封不動(dòng)地在PROFINET中使用。傳統(tǒng)的PROFIBUS設(shè)備可通過(guò)代理proxy與PROFINET上面的COM對(duì)象進(jìn)行通信，并通過(guò)OLE自動(dòng)化接口實(shí)現(xiàn)COM對(duì)象之間的調(diào)用。

　　與其他現(xiàn)場(chǎng)總線相比，工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用主要有以下特點(diǎn)：

　　 1) 實(shí)時(shí)通信 采用以太網(wǎng)交換技術(shù)、全雙工通信、流量控制等技術(shù)，以及確定性數(shù)據(jù)通信調(diào)度控制策略、簡(jiǎn)化通信棧軟件層次、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)微網(wǎng)段化等針對(duì)工業(yè)過(guò)程控制的通信實(shí)時(shí)性措施，提高了以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性。

　　 2) 總線供電 采用直流電源耦合、電源冗余管理等技術(shù)，設(shè)計(jì)了能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)供電或總線供電的以太網(wǎng)集線器，解決了以太網(wǎng)總線的供電問(wèn)題。

　　 3) 遠(yuǎn)距離傳輸 采用網(wǎng)絡(luò)分層、控制區(qū)域微網(wǎng)段化、網(wǎng)絡(luò)超小時(shí)滯中繼以及光纖等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的遠(yuǎn)距離傳輸。

　　 4) 網(wǎng)絡(luò)安全 采用控制區(qū)域微網(wǎng)段化，各控制區(qū)域通過(guò)具有網(wǎng)絡(luò)隔離和安全過(guò)濾的現(xiàn)場(chǎng)控制器與系統(tǒng)主干相連，實(shí)現(xiàn)各控制區(qū)域與其他區(qū)域之間的邏輯上的網(wǎng)絡(luò)隔離。

　　 5) 可靠性 采用分散結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、EMC設(shè)計(jì)、冗余、自診斷等可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)等，提高基于以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可靠性。

　　6) 一網(wǎng)到底 即它可以一直延伸到企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層，所以被人們普遍認(rèn)為是未來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)的最佳解決方案，工業(yè)以太網(wǎng)已成為現(xiàn)場(chǎng)總線中的主流技術(shù)。