GE FANUC 90-30 PLC和PE組態(tài)軟件在空分中的應(yīng)用
一、前言
隨著工業(yè)自動(dòng)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(jiǎn)單方便，故障率低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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。空分流程為原料空氣在離心壓縮機(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(dòng)控制
自動(dòng)控制系統(tǒng)采用美國(guó)GE-Fanuc公司的90-30PLC控制器和VersaMaxI／O模塊組建成控制站，采用CimplicityHMI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(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)控制系統(tǒng)的控制站和操作站一個(gè)以太網(wǎng)，支持“TCP／IP”協(xié)議。PLC控制站由兩套90-30PLC控制器和三個(gè)VersaMaxI／O模塊組及兩個(gè)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VersaMaxI／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(duì)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(gè)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(duì)I／O模塊組控制。
（2）上層90—30PLC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(duì)空分系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
（3）該控制系統(tǒng)以后能夠很方便的與其他計(jì)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CimplicitvHMI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—30PLC控制器和3個(gè)VersaMax：I／O模塊組組成，每個(gè)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(shí)，備用的控制器立即自動(dòng)投入控制，不會(huì)影響對(duì)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(chǔ)、模擬控制、順序控制等功能。
GE-Fanuc90—30PLC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(chǔ)器和多級(jí)口令保護(hù)和存儲(chǔ)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(jí)故障，并提供PLC和I／O故障表，便于定位故障時(shí)間和目標(biāo)以排除故障。
VetsaMaxI／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(dòng)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(shí)無須變動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)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(cuò)誤信號(hào)、強(qiáng)制信號(hào)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(tái)奔騰工業(yè)機(jī)型，采用bbbbbbsNT操作系統(tǒng)，安裝CimplicityHMI組態(tài)軟件。兩個(gè)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(tái)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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CimplicityHMI300點(diǎn)監(jiān)控軟件開發(fā)版，另一臺(tái)安裝CimplicityHMI300 點(diǎn)運(yùn)行版軟件，正常工作時(shí)兩臺(tái)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(tái)上位機(jī)故障（軟硬件或通訊故障），它將自動(dòng)被切除，由另一臺(tái)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(dòng)切回執(zhí)行控制。兩臺(tái)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(duì)工藝過程的狀態(tài)監(jiān)控和報(bào)警、趨勢(shì)的顯示功能?？梢詫?shí)時(shí)數(shù)據(jù)錄入ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)，形成通用的數(shù)據(jù)庫(kù)格式，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置數(shù)據(jù)的集中處理功能，編制各類報(bào)表，繪制歷史趨勢(shì)。
設(shè)置一臺(tái)打印機(jī)，連接其中的一臺(tái)上位機(jī)，通過以太網(wǎng)共享打印機(jī)，用于數(shù)據(jù)、報(bào)警、報(bào)表、趨勢(shì)的打印。
以后當(dāng)公司需要遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，其中作為主服務(wù)器的上位機(jī)，可以同時(shí)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(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)、報(bào)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(tái)終端上，在遠(yuǎn)程客戶端可以通過IE瀏覽到以上內(nèi)容。
隨著工業(yè)自動(dòng)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(jiǎn)單方便，故障率低，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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。空分流程為原料空氣在離心壓縮機(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(dòng)控制
自動(dòng)控制系統(tǒng)采用美國(guó)GE-Fanuc公司的90-30PLC控制器和VersaMaxI／O模塊組建成控制站，采用CimplicityHMI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(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)控制系統(tǒng)的控制站和操作站一個(gè)以太網(wǎng)，支持“TCP／IP”協(xié)議。PLC控制站由兩套90-30PLC控制器和三個(gè)VersaMaxI／O模塊組及兩個(gè)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VersaMaxI／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(duì)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(gè)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(duì)I／O模塊組控制。
（2）上層90—30PLC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(duì)空分系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
（3）該控制系統(tǒng)以后能夠很方便的與其他計(jì)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CimplicitvHMI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—30PLC控制器和3個(gè)VersaMax：I／O模塊組組成，每個(gè)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(shí)，備用的控制器立即自動(dòng)投入控制，不會(huì)影響對(duì)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(chǔ)、模擬控制、順序控制等功能。
GE-Fanuc90—30PLC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(chǔ)器和多級(jí)口令保護(hù)和存儲(chǔ)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(jí)故障，并提供PLC和I／O故障表，便于定位故障時(shí)間和目標(biāo)以排除故障。
VetsaMaxI／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(dòng)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(shí)無須變動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)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(cuò)誤信號(hào)、強(qiáng)制信號(hào)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(tái)奔騰工業(yè)機(jī)型，采用bbbbbbsNT操作系統(tǒng)，安裝CimplicityHMI組態(tài)軟件。兩個(gè)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(tái)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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CimplicityHMI300點(diǎn)監(jiān)控軟件開發(fā)版，另一臺(tái)安裝CimplicityHMI300 點(diǎn)運(yùn)行版軟件，正常工作時(shí)兩臺(tái)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(tái)上位機(jī)故障（軟硬件或通訊故障），它將自動(dòng)被切除，由另一臺(tái)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(dòng)切回執(zhí)行控制。兩臺(tái)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(duì)工藝過程的狀態(tài)監(jiān)控和報(bào)警、趨勢(shì)的顯示功能?？梢詫?shí)時(shí)數(shù)據(jù)錄入ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)，形成通用的數(shù)據(jù)庫(kù)格式，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置數(shù)據(jù)的集中處理功能，編制各類報(bào)表，繪制歷史趨勢(shì)。
設(shè)置一臺(tái)打印機(jī)，連接其中的一臺(tái)上位機(jī)，通過以太網(wǎng)共享打印機(jī)，用于數(shù)據(jù)、報(bào)警、報(bào)表、趨勢(shì)的打印。
以后當(dāng)公司需要遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)，其中作為主服務(wù)器的上位機(jī)，可以同時(shí)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(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)、報(bào)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(tái)終端上，在遠(yuǎn)程客戶端可以通過IE瀏覽到以上內(nèi)容。
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