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基金會現場總線FF技術在焦化廠循環水泵房應用

摘要： 本系統采用法國施耐德電氣公司的ModiconTSXPremium自動化平臺作為實現自動控制系統的自動化平臺，ModiconTSXPremium是施耐德電氣公司推出的下一代的用于敏感/關鍵性應用的自動化平臺PLC，是將其在工業通訊方面的經驗和最新的TCP/IP技術相結合的結果。具有革命化的分布式結構，其提供的熱備解決方案保證控制的連續和過程的執行。

關鍵詞： 控制網絡基金會現場總線控制系統控制站 I/O 可用性棒圖

Abstract：

Key words :

本系統采用法國施耐德電氣公司的 Modicon TSX Premium 自動化平臺作為實現自動控制系統的自動化平臺， Modicon TSX Premium 是施耐德電氣公司推出的下一代的用于敏感 / 關鍵性應用的自動化平臺 PLC ，是將其在工業通訊方面的經驗和最新的 TCP/IP 技術相結合的結果。具有革命化的分布式結構，其提供的熱備解決方案保證控制的連續和過程的執行。

• CPU 單元：面向中大型應用的高性能控制系統，單機可控制的 I/O 點數達 2048 點。

• I/O 方式：具有革命化的分布式結構 ————Bus X 總線，支持多個控制器。

• 通訊方式：簡便且強大， TCP/IP 以太網， Unitelway ， Modbus ， Modbus Plus ， FIPWAY ， FIPIO ， AS-I ， Interbus-s 。

• 增加可用性

• 它增加控制系統在最小成本下的可用性。 Premium 熱備解決方案為許多類型的體系結構，集中式和分布式結構，二者提供不斷增加的可用性。更先進的 FECA （Failure Mode/Effect &Criticality Analysis）的研究和從標準目錄中選用經過測試的元件使其成為一種可靠的耐用的解決方案，安裝更簡單，具有 :

• 部分或全部冗余 I/O 接口

• 執行器上的平滑切換

• Premium 和 PL7 的診斷服務功能

• 監視系統數據交換的透明性

• 當正常 / 備用切換時，用于與監視系統通訊的以太網模塊自動切換，因而避免在監視工具上的黑洞現象。因為使用同一 IP 地址與正常的 PLC 通信，監視應用避免了系統中地址切換的復雜管理。

• 無限制的可用性

• 熱備覆蓋了基礎設施和批處理領域中的典型應用。這些應用不需要瞬時切換，他們能夠使用現場總線的全部服務。現場總線信息服務（即插即用、診斷等）全部保留。典型的通信時間是 1～2 秒，對于負荷最大的系統為 5 秒。

• I/O 的冗余與共享

• Telefast 連接附件使冗余 I/O 的連接快，價格低。現場總線設備（分布式 I/O 、子站 PLC 、人機界面、變頻器等）由正常的和備用的 CPU 共享（部分冗余）。

• 光纖集線器與交換機，提供 “ 安全與可靠的 ” 解決方案

• 經由以太網（10/100 Mbps）光纖環和現場總線（Fipio）的數據傳輸由集線器、交換機和收發器來管理。介質可用性由遇故障時的自動通訊來保證，對于集線器小于 20ms ，對交換機小于 300ms 。

• 通信的有效性

• 光纖環網能夠使設備分布在長距離上，當介質出現故障時，仍保持有效。

網絡結構采用總線式工業以太網，通訊速率 10-100Mbps 自適應，主控 CPU 、監控計算機都在工業以太網中，通訊介質采用雙絞線，具有接線簡單，易于鋪設等特點。主控 CPU 采用 TSX P57-20 處理器，通過雙 CPU 機架，實現電源、 CPU 和通訊模塊的熱備，分站內各機架間采用 REMOTE I/O 方式通訊，通訊介質采用同軸電纜，傳輸速率為 1.544Mbps 。系統內所有模塊均為 Premium 系列模塊，均可實現帶電插拔。

本系統采用 TSX Premium P57-20 處理器作為系統中央處理器，配備相應離散量 / 開關量輸入輸出模塊，針對配煤工段、篩貯焦工段以及配煤工段分別配置三套系統，通過總線式工業以太網實現系統連接。系統配置總圖如下：

機架和附件

• 典型煉焦車間工藝流程

• 供煤 PLC 系統

供煤自動化過程控制系統屬于原料廠過程控制系統中的一部分，在原料廠使用過程控制系統的目的是：

• 編制運輸作業計劃是原料廠處理作業順利進行，并為焦爐、高爐、燒結等穩定的提供原料。

• 監視設備、維持作業穩定。

• 由計算機控制各輸送機械是原料堆積和輸送作業順利進行，減少操作員的工作負荷。

• 技術收集庫存信息，以便有效管理。即最終能與高爐、燒結、焦爐良好配合，保證原料廠高產、高效和高質運行。

為了保證生產運行的可靠性，供煤系統采用自動（聯鎖）、手動（單機）兩種控制方式，自動、手動方式由開關進行切換。全部操作控制都在主控制室里進行，儀表盤上設有各個設備的啟、停按鈕，還有為 PLC 提供輸入信號的控制開關。

為了保證輸煤系統的正常、可靠運行，該系統應滿足以下要求：

• 供煤時，各設備的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對各設備進行聯鎖控制；

• 各設備啟動和停止過程中，要合理設置時間間隔（延時）。停車延時按設備的不同要求而設定，以保證停車時各輸煤皮帶上無剩余煤；

• 運行過程中，某一臺設備發生故障時，應立即發出報警并自動停車，其前方（指供料方向）設備也立即停車。其后方的設備按一定順序及延時聯鎖停車；

• 各輸煤皮帶設有雙向跑偏開關，關鍵時刻實現自動停車；

對輸煤過程有關情況（報警、自動停機等）做出實時紀錄。

一個控制站用于組態和操作

該控制站可以為 PLC 控制器編制應用控制程序、硬件配置組態、網絡通訊組態、流程畫面組態及監視、歷史數據記錄、生成報表、報警監視及確認。可提供多種畫面調用方式，在發生故障后有提示并轉入故障畫面，以動態圖形方式（棒圖、曲線圖等）顯示壓力、流量、溫度；對重要的測量數據整點保存，運行日報、月報及報表的生成、顯示、打印；實現調節閥狀態變位記錄，事故順序記錄及事故追憶記錄；設備變位時畫面閃爍提示，并在報警框有漢字提示的名稱及當前變位狀態，當參數越限時，除了閃爍提示，同時顯示當前越限值和越限給定值；對于設備變位、保護動作、保護報警等功能提供音響提示。

1 個手持編程器用于組態

該編程器用于組態操作。

規格： 1200x1100x980 ，

1 臺激光打印機用于實時報警打印

與一個操作員站通過并行打印口相連，可實現屏幕顯示畫面打印，現場信號報警實時打印，報警記錄打印。

1 臺在線式不間斷電源（ UPS ）

用于控制供電與外網供電的隔離，同時提供在斷電時數據的備份及正常關機。

1 面操作臺

規格： 1200x1100x980 ，

• 配煤PLC系統
配煤系統在整個焦化廠的生產過程中起到關鍵的作用，是保證焦炭質量的關鍵因素之一。在煉焦工藝固定的條件下，焦炭質量基本上取決于煉焦用煤的質量和配比。

自動配煤系統應能接受上位機傳來的配煤比指令，并按指定的配煤比進行配煤。在配煤過程中，常常會出現某一配煤槽塞煤而影響配煤的精度，因此有必要在各個配煤槽之間建立一種連鎖關系。當出現塞煤現象時，應自動按比例減少其它配煤槽的下煤量，并產生報警，嚴重時可以停止配煤，以保證配煤的精度。配煤槽之間連鎖關系也可以根據需要解除

配煤煉焦過程是一個發生了一系列物理和化學變化、影響焦炭質量因素眾多的復雜工業生產過程，很難用數學模型來描述各單種煤質量、配合比與配合煤質量、焦炭質量之間的關系。因此，基于配煤過程建立起來的自動配煤系統采用兩級結構形式，上一級為專家控制系統，它根據配煤生產過程的工藝特點和長期配煤的經驗知識，按照給定的焦炭質量指標和各單種煤的質量情況，運用專家控制系統的推理和計算方法，求得各單種煤的配比；下一級為集散控制系統，它以專家控制系統求得的各單種煤的配比作為控制目標，實現配煤比的在線恒值控制，保證配煤精度。

配煤優化是根據市場需求確定焦炭質量目標，同時根據各種約束條件，應用線性規劃方法，以配煤成本最低為目標來建立相應數學模型。

其中： Pb 為配比系數， C 為煤價系數。