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ControlLogix自动控制系统在唐钢2000M3高炉的成功应用

2013-06-13 16:37      点击:

摘要:唐山钢铁集团,全国十大钢铁企业之一,河北省最大的钢铁企业,唐钢集团的核心企业。现有股本总额22.66亿股,其中国家股占52.53%;资产总额481.82亿元;...唐山钢铁集团是国有大型钢铁企业,在炼铁新区采用了多套罗克韦尔自动化公司的自动控制系统,但多为AB PLC5系列,此次在2#高炉大修中采用的ControlLogix系统,是我们首次使用此系列PLC产品。在应用开发及系统维护过程中,整个系统稳定可靠、易于维护。

唐钢是罗克韦尔自动化公司的老用户,使用了很多罗克韦尔自动化的软硬件产品。其中包括唐钢3#高炉 (2560M3)系统、粒化渣系统、高炉喷煤系统、烧结自控系统等等,均使用了罗克韦尔自动化公司的PLC5自动控制系统。该产品以其稳定性、良好的可扩 展性、友好的人机界面、软硬件的开放性赢得了我们的信赖。在唐钢2#高炉大修自控系统改造中,我们采用了罗克韦尔自动化公司近年来向国内推出的 ControlLogix自动控制系统。

唐钢2#高炉自动控制系统共分为:矿槽系统、炉顶系统、热风炉系统、煤气清洗系统、煤气预热系统、喷 煤系统(制粉、喷吹)、高炉本体及循环水系统等,整个系统采用7套ControlLogix L5550 冗余系统。考虑到距离远、节点多、抗干扰等因素,采用了CONTROLNET网络类型,抗干扰性好,网络通道冗余,保证可靠通讯。网络结构为总线型主、子 网结构,既减少了主网的通讯量,保证了人机界面的数据显示,又有利于子网快速的现场数据采集。下面框图为整个系统的简单结构图,主、子网均为 CONTROLNET网络,各个控制站依所控设备不同采用不同模板,操作站采用了Rsview32 6.3中文版,界面友好,运行稳定。另外还有一套数据库管理系统,利用Rslinx所提供的OPC接口进行采集数据,在图中未标出。

由于整个系统比较庞大,在此只能就整个工艺流程进行简单介绍。制粉系统将原煤进行细化加工成粉末状, 经过喷吹系统加压吹入高炉内,增加高炉内冶炼强度及降低焦比。热风炉系统用三座热风炉轮流燃烧、送风,将高温加压空气吹入炉内,使炉内原料在高温状态下, 还原为生铁,是炼铁生产中的重要环节。矿槽系统将炼铁所用原料(焦碳、烧结球团矿、杂矿等)按照炉内计算参数进行配料、称量。炉顶系统根据工艺参数设定数 据进行布料设备、布料方式控制,对高炉炉况有直接的影响。煤气清洗系统将高炉的副产品煤气进行一系列的清洗,变成净煤气后可用于生产中的其他环节。煤气预 热系统对煤气和助燃空气预热后可改善煤气的燃烧效率。高炉本体安装有大量的温度、流量和压力检测点,对整个高炉的砖衬、水系统、冷却壁系统进行连续监测和 控制,使高炉监测控制的主体部分。

和以往接触新系统一样,我们开始的时候也心存疑虑,这套控制系统能够像PLC5系统那样稳定、可靠吗?

在进行系统培训以及以后的应用开发过程中,我们逐渐了解了它。它是一套基于网络的高可靠性、非常灵活的自动控制产品。

  • 它具有灵活的网络类型及网络结构:通过在系统中插入不同类型的通讯模板,系统可组成CONTROLNET网、以太网,可连接DEVICENET设备,可进行串行通讯以及DHRIO通讯,网络结构可以是总线型、树型等,非常方便、灵活。
  • produce/consume通讯方式:通过合理的组织数据结构,CPU之间可进行可靠的、时间严格的PRODUCE/CONSUME通讯。
  • 全智能型模板:所有模板均为智能型设计,根据模板类型不同,每个模板的每个通道都可依用户需要进行设置,而且由于网络的灵活性及模板的智能化,可组态成OWNER工作方式,多个CPU可读取同一个模板的数据。
  • 内部标签的可定制化:在ControlLogix系统中,不再有类似PLC5中的已设计好的标 签名称(I、O、B、N等),而是用户根据需要进行灵活的标签定义方式,其中已为用户提供大量的数据类型,原来的计时、计数等已变成其中的数据类型。用户 甚至可以定义自己的数据结构,用自己定义的数据结构,用户可定义成类似这样的标签名 称:BF.system1.hopper1.motor1.state,非常直观,有些类似于高级语言中的数据结构定义。
  • 可靠的冗余设计:在老式PLC5冗余系统应用中,用户需要自己编写CPU之间的数据通讯块,非常繁琐,不易于维护,在ControlLogix系统中,所有的维护及通讯都由系统自动完成,更加方便、可靠,而且用户可编写状态读取程序,随时监控冗余系统的状态。
  • 可刷新升级的模块固件:ControlLogix系统中有几种模块可进行固件升级(CPU、SRM、CNB(R)),固件升级就是运行效能和可靠性的升级,用户可以从ROCKWELL网站下载新的Flash版本。

 

由于ControlLogix系统与PLC5系统有许多概念上的不同,加之 ControlLogix系统非常灵活,有许多参数允许用户进行调整和优化,因此对于好多重要的概念需要理解透彻,比如RPI与NUT、API的概念和相 互关系,对于整个网络的调度与维护至关重要。连接数(Connection)的概念,对于CNB模板的正常工作非常重要。ControlLogix系统中 数据的组织形式,合理的数据类型定义,对于整个系统的利弊。Schedule和Unschedule数据块的传送方式。与上位机的数据传送方式。 Produce/Consume的工作方式。Keeper的概念以及Keeper在整个网络中的角色等等。再开始进行应用设计时,我们就遇到了一些问题, 首先,我们的冗余系统,经常出现莫名其妙的问题,两个CPU连接断开,不能进行同步,在线添加标签多个后CPU出现故障,后来升级了CPU和CNB、 SRM的固件版本后,问题解决了。在进行网络调度时,由于对相关参数的概念和相互联系不太清楚,导致各种问题的出现,调度不成功,网络运行状态不正常,画 面数据刷新缓慢,程序不能上传等,在进行了多次咨询后,概念清楚了,问题就得到了解决。CNB模板在ControlLogix系统中,是本地CPU与其他 基板或CPU、人机界面通讯的唯一通道,地位仅次于CPU模板,它的工作参数的好与坏对整个系统的影响非常大,在我们的控制系统中,由于模板数量多,超出 了CNB模板正常工作的连接数,导致CNB模板CPU占用率很高,系统不能正常工作,后来又增加了一块CNB模板,连接数和CPU占用率立刻降到正常范 围,系统也随之正。

我们的高炉已于2003年元月1日投产,到现在已经生产两个多月的时间了,控制精度能够满足生产需 要,整个系统运行正常。相比起来,它的稳定性不次于PLC5系列,而且它的热备方式也较为完善,在我们进行应用系统开发时,多次模拟各种故障它都能灵活切 换,让我们对这套新系统信心大增。

在此,我想以这篇文章,和所有使用和喜欢罗克韦尔自动化软硬件产品的朋友进行交流。我觉得罗克韦尔软件产品同样出色,而且做得非常开放,例如OPC或VBA等等,易于进行二次开发,但由于以ControlLogix为题,不再赘述。

参考文献

  1. ControlLogix用户手册
  2. ControlLogix培训资料