【摘 要】介紹了GE90—30PLC的控制結(jié)構(gòu)和組態(tài)軟件在空氣分離裝置中的運(yùn)用。 【關(guān)鍵詞】PLC 組態(tài)軟件 分布式 空分 一、前言 隨著工業(yè)自動化程度的日益提高，可編程序控制器（PLC）的使用越來越普遍，PLC使用簡單方便，故障率低，對現(xiàn)場環(huán)境要求不高，因而倍受青昧。在目前的很多自控系統(tǒng)中，常常選用PLC作為控制設(shè)備，用于數(shù)據(jù)采集和控制，而在系統(tǒng)上位機(jī)上利用組態(tài)軟件來完成工業(yè)流程及控制參數(shù)的顯示，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控和管理等功能，KDON300／5000空氣分離裝置中自控系統(tǒng)就是采用PLC控制方式。 二、系統(tǒng)概況 1.工藝流程 KDON-300／5000型空分設(shè)備的工作原理是利用空氣中各組分沸點(diǎn)不同，先使之液化再進(jìn)行精餾，從而獲得純氧、純氮產(chǎn)品?？辗至鞒虨樵峡諝庠陔x心壓縮機(jī)中被壓縮至0.78MPa（G），經(jīng)冷氣機(jī)組將空氣冷卻，進(jìn)入HXK-15000／8.0型純化器，去除H2O、CO2、C2H2等，凈化后的空氣進(jìn)入分餾塔，通過主換熱器及液化器與返流的低溫廢氣、產(chǎn)品氮?dú)膺M(jìn)行熱交換，然后進(jìn)入精餾塔底部，經(jīng)過精餾分離為產(chǎn)品氮?dú)夂透谎跻嚎?，塔底液空?jīng)過冷后節(jié)流進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，在0.38MPa（G）壓力下與氮?dú)庀嘧儞Q熱，氮?dú)庖夯鳛榉逐s塔回流液，液空蒸發(fā)為廢氣。廢氣經(jīng)過冷器、液化器升溫至－151℃，再經(jīng)透平膨脹機(jī)，絕熱膨脹至0.03MPa（G）給裝置補(bǔ)償冷量。產(chǎn)品氮?dú)鈴木s塔頂引出，經(jīng)液化器、主換熱器復(fù)熱至常溫，送至用戶。 2.自動控制 自動控制系統(tǒng)采用美國GE-Fanuc公司的90-30 PLC控制器和VersaMax I／O模塊組建成控制站，采用Cimplicity HMI人機(jī)界軟件和高性能的上位機(jī)建成系統(tǒng)的操作站。該自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對空分裝置的空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)、預(yù)冷系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、透平膨脹機(jī)系統(tǒng)、純化系統(tǒng)等工藝過程的監(jiān)視和控制. 該自動控制系統(tǒng)的控制站和操作站一個以太網(wǎng)，支持“TCP／IP”協(xié)議。PLC控制站由兩套90-30 PLC控制器和三個VersaMax I／O模塊組及兩個操作站組成?？刂普镜?0—30系統(tǒng)采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，I／O模塊組采用具有緊湊和開放式結(jié)構(gòu)的VersaMax I／O系統(tǒng)?？刂普就ㄟ^GBC模塊與I／O模塊組的Genius接口模塊以Genius總線方式連接，從而實(shí)現(xiàn)對I／O模塊點(diǎn)的采集和控制。系統(tǒng)的所有控制站、操作站將通過以太網(wǎng)連接，控制站中配置具有10Mbit／s雙絞線以太網(wǎng)接口的主處理器IC693CPU364模塊，操作站上位機(jī)配置10／100Mbit／s自適應(yīng)以太網(wǎng)卡，來共同實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)連接。 三、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 整個控制系統(tǒng)分為兩層網(wǎng)絡(luò) （1）最底層使用CE的Genius總線，實(shí)現(xiàn)90—30PLC控制器對I／O模塊組控制。 （2）上層90—30 PLC控制器通過10Mbit／s以太網(wǎng)與上位機(jī)聯(lián)接，操作站的通過以太網(wǎng)卡與相應(yīng)的PLC通訊，實(shí)現(xiàn)對空分系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控。 （3）該控制系統(tǒng)以后能夠很方便的與其他計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，上位機(jī)通過以太網(wǎng)能與工廠管理網(wǎng)聯(lián)接，上位機(jī)中冗余的Cimplicitv HMI通過Web服務(wù)器功能，實(shí)現(xiàn)與工廠遠(yuǎn)程調(diào)度的通信。 四、控制站和操作機(jī) 1.控制站 PLC控制站由兩套90—30 PLC控制器和3個VersaMax：I／O模塊組組成，每個控制器和I／O模塊組通過一條自己的Genius網(wǎng)絡(luò)和I／O模塊組通信，當(dāng)主控制器出現(xiàn)故障時，備用的控制器立即自動投入控制，不會影響對I／O模塊組的控制，仍能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、模擬控制、順序控制等功能。 GE-Fanuc90—30 PLC特點(diǎn)：該P(yáng)LC結(jié)構(gòu)小，配置靈活，提供了開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供多種網(wǎng)絡(luò)接口和先進(jìn)的編程特性。內(nèi)置RS232／RS485通信口，用于硬件組態(tài)和邏輯編程或串性通信。后備電池存儲器和多級口令保護(hù)和存儲器保護(hù)功能，大范圍模塊診斷功能，診斷到網(wǎng)絡(luò)和通道級故障，并提供PLC和I／O故障表，便于定位故障時間和目標(biāo)以排除故障。 VetsaMax I／O模塊的特點(diǎn)：該系統(tǒng)的產(chǎn)品為模塊化和可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代開放式控制系統(tǒng)最佳的解決方案。I／O模塊和通信模塊都可帶電插拔，自動配置I／O地址，真正的即插即用，無機(jī)架的緊湊結(jié)構(gòu)，模塊安裝方便，可靈活地水平或垂直安裝在I／O底座上，I／O底座安裝在DIN導(dǎo)軌上，無電纜連接，I／O模塊裝卸時無須變動現(xiàn)場接線，易擴(kuò)展，系統(tǒng)具有高可靠性和連續(xù)性，先進(jìn)的故障診斷，可診斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)錯誤信號、強(qiáng)制信號和電源狀態(tài)，可恢復(fù)的電子短路過載保護(hù)，拔掉模塊的狀態(tài)可預(yù)先設(shè)定，開放的結(jié)構(gòu)，支持多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（Modbus、RTU、Profibus、Genius總線、Ethernet等）。 2.操作站 操作站配置性能優(yōu)良的兩臺奔騰工業(yè)機(jī)型，采用Windows NT操作系統(tǒng)，安裝Cimplicity HMI組態(tài)軟件。兩個操作站都通過配置的以太網(wǎng)卡連接在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上，兩臺上位機(jī)均可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取網(wǎng)絡(luò)上所有PLC的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)控。 中控室的兩套操作站組成冗余服務(wù)器系統(tǒng)，一套安裝Cimplicity HMI 300點(diǎn)監(jiān)控軟件開發(fā)版，另一臺安裝Cimplicity HMI 300點(diǎn)運(yùn)行版軟件，正常工作時兩臺上位機(jī)可以同步操作，可以進(jìn)行監(jiān)控畫面的組態(tài)、數(shù)據(jù)點(diǎn)的建立功能，并始終保持?jǐn)?shù)據(jù)同步，當(dāng)一臺上位機(jī)故障（軟硬件或通訊故障），它將自動被切除，由另一臺執(zhí)行所有的功能，當(dāng)故障的上位機(jī)恢復(fù)后，可以自動切回執(zhí)行控制。兩臺上位機(jī)通過以太網(wǎng)直接從PLC讀取各類數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對工藝過程的狀態(tài)監(jiān)控和報警、趨勢的顯示功能?？梢詫?shí)時數(shù)據(jù)錄入ACCESS數(shù)據(jù)庫，形成通用的數(shù)據(jù)庫格式，實(shí)現(xiàn)整個裝置數(shù)據(jù)的集中處理功能，編制各類報表，繪制歷史趨勢。 設(shè)置一臺打印機(jī)，連接其中的一臺上位機(jī)，通過以太網(wǎng)共享打印機(jī)，用于數(shù)據(jù)、報警、報表、趨勢的打印。 以后當(dāng)公司需要遠(yuǎn)程監(jiān)控時，其中作為主服務(wù)器的上位機(jī)，可以同時作為Web服務(wù)器，用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過公司局域網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)或電話線）可以把現(xiàn)場的設(shè)備狀態(tài)、報警、流程圖等HMI畫面?zhèn)魉偷綇S調(diào)度、公司調(diào)度或網(wǎng)絡(luò)上的任何一臺終端上，在遠(yuǎn)程客戶端可以通過IE瀏覽到以上內(nèi)容。 五、軟件 1.系統(tǒng)操作系統(tǒng) 采用Microsoft Windows 2000 NT 2.PLC編程軟件 GE 90-30 PLC編程、實(shí)時監(jiān)控和系統(tǒng)診斷維護(hù)軟件：VersaPro2.0，該軟件運(yùn)行在Windows NT平臺上。VersaPro編程軟件的主要功能為； （1）具有梯形圖、順序功能圖和指令語句多種編程方式。 （2）圖形式硬件組態(tài)畫面，離線開發(fā)梯形圖程序，在線編輯、監(jiān)控和修改初始值，可以使用變量名引用I／O點(diǎn)；支持浮點(diǎn)運(yùn)算、PID功能、子程序中斷。 （3）4個等級密碼程序保護(hù)，子程序加密。 （4）在磁盤上自動存儲程序，可打印程序和配置、變量交叉引用表。 （5）通過串行SNP協(xié)議或以太網(wǎng)協(xié)議與PLC設(shè)備通訊，下載程序、在線監(jiān)控內(nèi)存狀態(tài)，強(qiáng)制I／O狀態(tài)，設(shè)置CPU實(shí)時時鐘。 （6）強(qiáng)大的診斷功能，提供PLC和I／O兩個故障表，清晰地指出故障時間、部位和內(nèi)容。 3.操作站監(jiān)控軟件 采用Cimplicity HMI開發(fā)版和運(yùn)行版各一套，其中一套300點(diǎn)開發(fā)版支持工藝的開發(fā)的需要，另一套300點(diǎn)版用于中控室對空氣分離裝置進(jìn)行實(shí)時控制，VersaPro編程軟件的主要功能為； （1）Cimplicitv HMI是基于Windows平臺的組態(tài)軟件。內(nèi)部采用多線程技術(shù)，從而能完成復(fù)雜的任務(wù)。軟件的結(jié)構(gòu)采用面向Web級的設(shè)計，為Client／Server結(jié)構(gòu)。 （2）Cimplicity HMI的界面編輯功能十分強(qiáng)大，支持OLE技術(shù)，從而可以方便的使用第三方控件。 （3）Cimplicity HMI與SQL Server結(jié)合，能完成數(shù)據(jù)、報警和事件的自動登錄和日常的數(shù)據(jù)庫維護(hù)。通過ODBC與數(shù)據(jù)庫連接，提供與SQL數(shù)據(jù)庫操作的接口命令。 （4）可以通過給不同用戶分配不同的角色和資源來完成系統(tǒng)的安全授權(quán)。 （5）界面設(shè)計 針對本生產(chǎn)線工段多、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、監(jiān)控變量多等特點(diǎn)，為避免用戶在監(jiān)控時頻繁切換窗口和監(jiān)視方便，采用Frame Container將各工段的實(shí)時界面、實(shí)時曲線、歷史曲線、報警信息和數(shù)據(jù)查詢打印報-表等界面置于一個Frame Container中。在相應(yīng)的屬性頁標(biāo)簽的Mouse Up事件的響應(yīng)腳本中。 （6）設(shè)備點(diǎn)的定義 Cimplicity的設(shè)備點(diǎn)用來完成I／O功能。I／O點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)是所有組態(tài)軟件的技術(shù)核心，也是組態(tài)軟件的一個重要部分。 （7）故障報警這里把報警分為兩類：現(xiàn)場報警和通信報警?，F(xiàn)場報警，即從PLC采集到的報警點(diǎn)。通信報警，即上位機(jī)和PLC通信失敗。可為每種報警定義不同的聲音，并起動Alarm Sound Manager。這樣在報警發(fā)生時，將會有不同的報警聲音。 （8）數(shù)據(jù)庫 本系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫是SQL Server。通過數(shù)據(jù)源與Cimplicitv相連。 （9）用戶授權(quán) 為了便于管理和系統(tǒng)安全，用戶權(quán)限為兩級進(jìn)行授權(quán)：管理員和操作員。對管理員授予所有權(quán)限。對操作員，通過分配不同的角色（Roles）和資源（Resource），使這類用戶只具有瀏覽各個界面、打印報表、處理報警的權(quán)限，而沒有對工程進(jìn)行重新配置、調(diào)整控制參數(shù)、停止系統(tǒng)運(yùn)行等高級權(quán)限。 （10）打印報表。Cimplicity HMI有很強(qiáng)的打印功能。 六、系統(tǒng)功能 （1）流程圖的動態(tài)顯示功能 利用豐富的繪圖工具和控件庫及對象連接功能，很容易完成工藝過程各種流程圖畫面的組態(tài)。通過動態(tài)連接和圖形對象屬性組態(tài)，可以把流程圖與PLC設(shè)備點(diǎn)連接起來，在運(yùn)行狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)流程的動態(tài)顯示（如顏色變化、動態(tài)填充、數(shù)據(jù)動態(tài)顯示等）。工藝生產(chǎn)過程狀態(tài)以流程圖的方式顯示，圖像由一系列圖例組成，并可取出每幅圖的局部進(jìn)行放大，便于分分組顯示。流程圖上有實(shí)時過程動態(tài)參數(shù)顯示： （2）測量值顯示 儀表測量值用棒圖方式實(shí)時顯示。測量值的上下限可以組態(tài)和修改，并可以自動進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換。 （3）報警顯示 所有開關(guān)量點(diǎn)和模擬量點(diǎn)均可以被組態(tài)為記錄報警，所有報警和操作事件可以被登錄到數(shù)據(jù)庫中，用于記錄和打印。具有內(nèi)置的報警圖例，只需要進(jìn)行簡單的組態(tài)來滿足現(xiàn)場的要求?？山M態(tài)多幅報警畫面，報警可以根據(jù)等級被分類、分組顯示在不同的報警畫面中。報警可以具有聲音、閃爍、顏色指示和確定等功能。 （4）趨勢圖 實(shí)時趨勢和歷史曲線可以在同一張圖表上，同一張圖表上可以有來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，每個圖表的曲線不受限制，在運(yùn)行時可以動態(tài)改變趨勢和增加趨勢曲線。 （5）設(shè)定值更改操作方便可以通過鍵盤或鼠標(biāo)方便地在上位機(jī)上進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備控制和設(shè)定值更改操作。并可對設(shè)定功能增加權(quán)限保護(hù)，設(shè)立用戶操作口令，防止誤操作。并只允許具有設(shè)定值修改權(quán)限的操作員進(jìn)行操作。 （6）數(shù)據(jù)處理和存儲 采用Cimplicity HMI標(biāo)準(zhǔn)的ODBC接口作數(shù)據(jù)登錄。報警、事件和數(shù)據(jù)點(diǎn)均可以登錄到Microsoft Access數(shù)據(jù)庫文件中或其他數(shù)據(jù)庫中?？梢岳梅螼DBC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序（如Excel）檢索這些數(shù)據(jù)，產(chǎn)生報表。中控室的上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的集中處理。 （7）班、日、月、年報表的產(chǎn)生 利用上述數(shù)據(jù)庫登錄功能和報表生成軟件及Excel、VB等工具軟件，可以產(chǎn)生班、日、月、年報表，并且報表可以保存為文本文件存入磁盤。 （8）豐富的圖表和曲線 各種壓力、溫度過程變化曲線、精餾塔純氧塔液位變化過程曲線、產(chǎn)品氮?dú)?、氧氣計量累計曲線、事故報警總表等，分日、月時段并銜接，以月為單位存入磁盤。 七、結(jié)束語 空氣分離PLC系統(tǒng)采用成熟和先進(jìn)的控制技術(shù)，具有豐富和開放式的網(wǎng)絡(luò)接口，編程軟件包和監(jiān)控軟件包技術(shù)成熟、使用方便；系統(tǒng)各硬件的設(shè)計符合國際標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，整個系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠，生產(chǎn)參數(shù)實(shí)時采集、生產(chǎn)異常及時報警，消除了安全隱患，PLC系統(tǒng)控制精度高，確保了空氣分離裝置高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。