西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0常备现货

1  引言
   Rockwell自动化系统以其简便的应用，直观的应用界面，开放的编程软件，开放的通讯协议，在很多行业的自动化控制系统中得到了广泛的应用。而其DeviceNet现场总线和其它的现场总线相比，具有简便的网络组态，稳定、可靠、高效的网络通讯，开放的通讯协议等等优点。
   由云南昆明船舶设备集团公司研发、生产的烟草机械“烟片在线回潮系统”，用于烟厂新一代制丝工艺中烟片在进入储柜发酵前的预处理新工艺，和传统的工艺相比，经过在线回潮后的烟片的松散性，水份都得到很好的提高，还具有杀灭虫卵，去除清杂气的特有功效。目前此系统已在全国的大多数烟厂投入使用，并受到用户的好评。已经成为烟厂新制丝线上新工艺的标准模式。
   在线回潮系统电气控制平台根据用户的需要有多种配置。既有Siemens的Profibus现场总线平台也有Rockwell的DeviceNet总线平台。本文以南宁烟厂的模式为例，介绍采用DeviceNet现场总线的控制平台。

2  系统功能简介
   系统由57台设备组成。经过拆包后的片烟垛经过装箱翻包机装入钢制周转箱内，经过垂直分切机将整片的片烟垛切为均匀的五片，等到准备好五箱后，将五箱切好的片烟送进回潮机内，通过抽真空，加蒸汽，加水的回潮工艺处理后，周转箱送到后段的设备，将烟片倒入松散机，通过喂料机和传送带送到后面的工艺段，空的周转箱又可以进行下一个工艺过程。限于篇幅和专利的原因，在这里对具体设备不做详细介绍,着重介绍控制系统。

图 1      平面电控系统的组成示意图

2.1  控制系统的组成 
   控制系统由配电柜，控制器件柜，变频起器柜，两台回潮机的两门单独的控制柜以及分布在各段设备旁的I/O从站组成。见图1。
整线控制系统的主控制器采用Rockwell的ControlLogix5000系列PLCControlLogix5555可编程控制器，控制模式具有手动、自动、闭锁几种。配置一个Digital公司的GP2600触摸屏用来监控整线设备的状态，各种实时报警和报警历史记录，一些强制的功能操作，以及各个变频器的频率显示和设定。两台回潮机的两个单独的控制器选用SLC500系列L543可编程控制器，每一个PLC各陪置一个Digital的GP2500触摸屏，回潮机的自动控制程序很大方面取决于触摸屏上所设定的参数，和整线的触摸屏相比，GP2500还多了更多的工作参数的设定，还具有回潮机内温度曲线的趋势图的功能。两台回潮机采用独立的控制柜是用户考虑到将来在某些特定场合下需要单独使用回潮机来处理一些烟叶，这时就不需要整线的控制系统工作，只需回潮机的控制柜工作就可以。
两用开包机的控制系统的现场总线配置如图2所示:

图2     现场总线配置

   整线控制系统的现场总线的主站(Master)为1756-DNB/A网络扫描器，整个总线上共挂接了9个Danfoss的VLT5000系列变频器，16个TURCK公司的BL200系列分布式I/O从站，两台回潮机的两个单独控制器通过1747-SDN扫描器与ControlLogix5555通讯，注意1747-SDN要配置为从站(Slave)模式，因为在一个现场总线中只能有一个Master。GP2600也通过一个DeviceNet网络适配器作为一个从站挂到总线上。
   系统通过ControlLogix5555机架上的1756-CNBR/A(带冗余功能)ControlNet网桥与车间中央控制室的ControlNet相连，可以进行通讯及程序调试。

2.2  总线的设定和连接
    总线的参数及各个从站的参数在Rockwell网络配置软件RSNetWorx(Ver4.12以上)中设定。如图3所示:

图3     总线参数设定

   各从站(包括变频器、BL200系列I/O)的参数总线可以从RSNetWorx配置并下载，从这一点也体现了一个DeviceNet现场总线的一个特点，设计人员可以通过总线上载、配置、下载从站的参数，这对于调试是很有用的。特别对于象变频器这一类有大量参数的复杂设备，利用这一功能就可以省去了在变频器操作面板上的参数输入过程，让设计人员节省了大量时间和精力。而别的现场总线是没有这样的优点的。
   用RSNetWorx设定好后，点击Online菜单，网络通讯建立以后就可以将硬件配置下载到网络中。在多次工程现场的经验表明:总线的连接是一个情况比较复杂的过程，有很多因素会对总线造成影响。比较常见的如:参数设定不正确、总线电气连接不完善、电磁干扰等。这就要求工程技术人员有较强知识和丰富的现场经验。笔者自己应用了多种现场总线后的经验，相对于其余的现场总线来讲，DeviceNet总线的抗干扰能力要更好，网络配置更简易。

2.3  程序编制
   因为此系统的设备较多，几台主机的动作过程也较为复杂，程序的工作量还是较大的，限于篇幅就不详细介绍了，图4是在编程软件RSLogix5000中的几句简单的程序示意。

图4     编程软件RSLogix5000程序示意

   两台回潮机的两个单独的控制器L543也需要用编程软件RSLogix500编制程序。

2.4  人机界面(HMI)的设计
   控制系统采用了三台Digital公司的GP2000系列触摸屏。如此配置的原因已在前面第二点控制系统的组成中解释。触摸屏的开发使用了Pro-face(Ver6.0以上)软件，图5是一个画面的示例。在开发的过程中，除了软件提供的各种控件外，要开发较复杂的功能时还需要编制D-bbbbbbde脚本语言。以下是其中一段脚本语言程序，用来实现判断输入密码的正确与否:
if ([w:LS0400]==1479)
{
[w:LS0008]=5
bbbbb([b:LS040100])
[w:LS0401]=1
[b:LS040100]=0
}
endif
if ([w:LS0400]<>1479)
{
set([b:LS040100])
}
endif

图5     人机界面示例

2.5  其他要点
    在系统的开发和调试中有一些要点在此也稍做介绍。
(1)垂直运动时变频器制动电阻的应用。垂直分切机工作过程中要让两吨多的钢架在垂直方向上运动。当切刀下降时，由于电机处于发电状态，需要将电机反馈回来的电能消耗在制动电阻上。相应的变频器要设置为外部制动电阻模式。
(2)比例方向阀的使用。装箱翻包机采用了液压系统翻动周转箱，因为要有两个方向的驱动，需要驱动速度是变化的，液压阀采用了比例方向阀,用模拟量输出模块输出一个-10V~+10V的电压来驱动比例方向阀。
(3)GP2600的现场总线通讯方式。由于GP2600不能直接用串口与ControlLogix5555进行通讯，不能直接访问ControlLogix5555的tag(RSLogix5000中对所有I/O及变量的定义)，采用了GP2600上DeviceNet的方式，在这种模式下，GP2600就通过1756-DNB/A给它分配的总线I/O地址来与ControlLogix5555进行数据交换。在RSLogix5000的程序中要对这些数据进行处理。

3  结束语
   烟片在线回潮系统控制系统是Rockwell自动化系统综合应用的成功例子。它综合应用了ControlLogix5000系列,SLC500系列PLC,分布式I/O，DeviceNet现场总线，ControlNet网络，采用总线实现变频调速。该系统功能先进，运行效果良好，得到了用户的好评。

图1     SMS监控系统网络示意图
泵站管理信息系统设在综合楼内，它通过网桥与实时生产监控系统相连。
在泵站周边还设有数个管网压力测量点，它们的实时数据也要采集进泵站监控系统。
系统网络采用先进的互为热备份10/100MB/s的双以太网，符合IEEE802.3的网络标准，采用TCP/IP网络协议。SMSSCADA系统采用bbbbbbs NT中文操作系统，泵站信息管理系统也采用bbbbbbsNT。泵站信息管理系统通过HUB(视为同一网段)与SCADA系统相连。SCADA系统通过ODBC将数据传到泵站信息管理系统，且不影响SCADA系统的运行速度。SMSSCADA服务器通过SQL将采集的数据写到数据库中，为泵站信息管理系统、公司调度系统等有权限的用户提供网络共享服务，进行诸如报表生成，数据分析等工作。
在控制中心, MITS 采用TCP/IP协议, 建立与 bbbbbbsNT主机服务器、工作站、打印机等的连接。网络通讯速率可达100MB/S。使用TCP/IP的方案保证用户的资源和网络发展,从而节省额外投资。
SMS系统是开放、分布式的监控系统。包括基于bbbbbbsNT操作系统下的监控软件。SMS系统通过标准的SQL和ODBC与用户的管理信息系统进行数据交换。
具备支持开放式的“Internet”连接功能，支持用户根据安全权限，远程访问SMS系统。
在计算机硬件系统中，该SMS监控系统的SMS SCADA监控主机服务器采用高性能、高可靠性的COMPAQ奔腾III866MHz，256M内存，21″彩色监视器(分辨率达到1280×1024)监控计算机，工作站采用COMPAQ EC奔腾III800MHz，256M内存，21″彩色监视器(分辨率达到1280×1024)计算机。其中监控主机服务器与工作站互为冗余热备方式，每台设备均可百分之百的承担系统全部任务，当其中一台计算机发生故障时，另一台计算机可继续工作，使整个系统具有极高的可靠性和扩展性。
报警与事件打印分开设置，2台A3 EPSON LQ 1900K打印机，分别用于系统实时报警记录的打印和事件记录的打印。
泵房现场站及加氯间现场站均选用MD1000 RTU/C控制器。完成现场采集和监控功能，并能把现场采集的数据和状态量通过SMSSCADA通信链路传输到监控中心，而监控中心可以把下发命令和数据通过通信链路传输到相应的现场MD1000 RTU/C。MD1000RTU/C具有支持双网的特点，提高了控制系统的可靠性。
MD1000 RTU/C采用了标准的LAN网络硬件和协议用于分布处理, 并对网络状态变化, 提供快速响应。
MD1000 RTU/C是模块化结构, 在槽内插入不同的模块,即可组态不同的应用能力。它提供了比其它的传统性PLC更强的控制和通信功能，可支持DNP3.0,MODBUS等通用的数据通信协议，可与多种RTU和PLC之间进行通信。这样就满足了工程中许多电气设备的通讯要求。例如:直流屏的通信协议为DNP3.0、变频器及加氯机的通信协议为MODBUS。
主要的是当监控计算机及双冗余以太网发生故障，即泵站监控中心及GUI瘫痪时，MD1000RTU/C仍然可以正常工作，不影响企业生产，这一点极大地满足了供水行业生产的特殊性。使整个供水系统真正成为稳定的、高可靠性的、安全的系统。
系统增加的测压点RTU采用MITS MD3311RTU/C，将采集的本地数据通过无线网络传输到监控中心。

 3.2  通信系统构成
泵站通信系统设计原则为:按无线信道为主，有线信道为辅，故障状态下互为备用来考虑。
MITS MD1000 RTU/C提供遵循工业标准通讯接口, 如RS-232, RS-485, IEEE802.3Ethernet(以太网)和IEEE802.4(令牌总线)接口。这允许MITS MD1000 RTU/C可以支持无线, 租用线,PSTN, 微波和卫星等通讯接口。并兼有通讯服务器的功能。
在泵站内设微波通讯塔，与公司调度之间采用微波通讯，向当地电信局申请DDN专线作为与公司调度之间的备用通信信道。
自来水公司原有调度系统选用的是摩托罗拉设备，监控系统设MCPM协议转换RTU，将MODBUS协议转换为MDLC协议以便与公司调度系统通讯。达到两期系统的完整性。使泵站监控系统的数据实时地传送到公司调度系统。
DDN专线的传输带宽为64k，这一速率完全可以满足泵站监控系统的需要，当然可以申请更高速率的专线，但性能价格比差。
台无线数传电台与一期公司调度系统及新增测压点构成无线通讯网络。
在MITS SMS GUI服务器里安装MITSODBC软件,以将SCADA系统与泵站信息管理系统连接,达到SCADA系统与管理系统的完美结合。
MITS能够建立在基于TCP/IP上的网络能力, 来提供对于如bbbnet,SLIP和CSLIP的支持。这些协议提供给用户从远方来访问RTU的能力,以及获得I/O点的实时信息和通信链路信息。通过使用二相密码确认机制，可减小非法访问进入系统。

4  软件开发
监控软件建立于bbbbbbSNT之上，利用与RTU设备相配套的SCADA平台软件，在泵房监控站编制数据采集软件，进行实时和历史数据的处理，进而编制实时工况画面，趋势画面，报警画面等软件。挂网设备做到实时通信，资源共享。
SMS系统也具有一个先进的图形用户界面(GUI), 允许用户访问全部SMS SCADA功能数据。GUI提供给用户一个非常强大的,方便易用的组态设计工具，GUI具有X-bbbbbbs窗口式界面。GUI提供给用户一个图形符号库,这样用户可以非常方便地选择和进行网络连接的编辑。
MITS所提供的SMS系统, 具有全监控功能和用户化自动控制功能。MITS提供给用户全功能的软件模块和工具,使用户能够维护和提高这个控制系统, 以及实现仿真应用。MITS将提供给用户综合的技术培训, 使用户具有应用开发能力。
在工程中我们开发的主画面有:全厂主工艺流程图、加氯系统图、10/0.4kV电力系统图等。在主工艺流程中软件组态基本上分为供水蓄水流程、调速泵启动流程、定速泵启动流程、加氯流程四大块。

    系统各采样点的检测和控制如图2所示:

图2     采样和调节框图

4  ControlLogixTM系统结构介绍
    系统PLC CPU采用的是:1756-L55M23。Log-ix5000系列产品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太网等网络结构。管道化控制系统采用了ControlNet冗余通讯网络，它具有独特、先进、高效的Producer/Consumer技术，冗余、开放、高速、实时、对等地传递数据信息，网络传输速率达5MB/S。ControlNet能够可靠发送数据，具有高度的确定性。
   工控机内安装通讯卡，型号为1784-KTCX，与PLC之间通过ControlNet网进行通讯。通过Rslinx软件可以方便地设定内存地址、站地址、中断号等参数。上位机通过1784-KTCX网卡与1756-CNBR/D通讯模板互相连接。1756-CNBR/D冗余模板联结两条网络主干线，通讯模板随时接送两条传输通道上的数据传输并检验。
   整个系统在主控制室设四台上位操作站，隔膜泵控制室设一个上位操作站，下位在主控制设一个PLC主站，一个PLC从站，塔架设三个PLC从站，隔膜泵控制室设一个PLC从站。所有站通过CONTROLNET冗余网络通讯。
   该系统由现场PLC完成数据采集、数据处理、控制运算、控制输出等功能，与上层设备的信息交互通过现场总线进行，现场PLC单元通过现场总线和网桥设备与上层管理设备相连，向上层网络传送所要求的监控数据、系统运行信息和状态，在上层网络的监控计算机中以文字、列表、曲线、图形和动画的形式显示现场数据、变化趋势、故障情况和报警状态，为管理人员的操作提供可靠，准确的实时信息;现场PLC单元接收上层管理下发的命令，进而实现整个系统的远程监控系统。
 
5  结束语
   改造后的系统效果显著。隔膜系统出口压力波动小,隔膜泵跳停少，对隔膜泵的进料量影响小;泛汽加热段的温度控制(BWT段)温度稳定,建立良好的热平衡;使隔膜泵的进料达到了300m3/小时;溶出率达到90%以上;消除K7系统带料(含碱)的问题;保证了熔盐加热温度;确保了矿浆溶出温度;建立了整个系统的热平衡,给下一道工序沉降创造了条件;操作更加简单方便;实现了自动化控制。
需开发和解决的问题包括核定各采样点的参数;模拟信号改为数字信号,确保参数的准确性;消除分站传输各种干扰信号的影响，程序控制的优化。

1 引言
国大黄金冶炼股份有限公司主要以金银冶炼，电解铜，硫酸生产为主。该硫酸生产和余热发电项目于2005年10月投入生产，自动化工程采用浙大中控JX-300XDCS控制系统。JX-300XDCS是浙大中控WebField集散控制系统家族的重要成员，该系统全智能化设计，实现了热冗余和故障自诊断功能。对生产过程实现计算机监控，具有可靠性高，适用性强等优点，是一套技术成熟、性能稳定、功能完善、经济实惠的控制系统。不仅大大提高了硫酸生产的效率，节省了大量劳动力，也为生产的正常进行提供了有力保障。

2 硫酸生产及余热发电工艺
硫酸生产及余热发电工艺流程图如图1所示。

图1 硫酸生产及余热发电工艺流程图

3 DCS体系结构设计
3.1 DCS系统结构
DCS系统结构参见图2。

3.2 管理监控层
该DCS控制系统上层共配置了5个操作站，按工段划分，硫酸生产工段三个操作站:一个工程师站(兼操作员站)，两个操作员站。其中把工程师站和一个操作员站配置在硫酸生产总控室，一个操作员站配置在焙烧工段控制室。余热发电工段两个操作站:一个工程师站(兼操作员站)，一个操作员站，两个站都配置在发电控制室。所有操作站监控软件均采用浙大中控实时监控软件包AdvanTrol作为监控平台，且运行独立工程，其中一台退出不会影响其他计算机运行。在工程师站上还安装了AdvanTrol组态软件包，用来对系统进行组态维护。

3.3 现场控制站
该DCS控制系统共配置了三个控制站:硫酸生产工段两个控制站，余热发电工段一个控制站。每个控制站的主控制卡、数据转发卡、供电单元及有重要控制回路的I/O卡件都采用1:1冗余配置。
3.4 网络冗余
系统采用双高速冗余工业以太网SCnet Ⅱ作为其过程控制网络。它直接连接系统的控制站、操作站、工程师站、通讯接口单元等.JX-300X DCS系统SCnetⅡ网络采用双重化冗余结构。在其中任一条通讯线发生故障的情况下，通讯网络仍保持正常的数据传输。系统内部采用SBUS冗余高速数据网络，是主控制卡、数据转发卡等卡件的信息通道，主要功能是扩展I/O机笼单元和机柜。
3.5 I/O模块配置
按照硫酸生产的工艺要求(以设计图纸为主)，我们在经过对现场各个设备测点考察后，统计出了各个工段的测点数量，按照制酸系统和余热发电系统划分，如表1所示。

按照自动化工程设计的原则，在设计配置中充分考虑了测点余量。根据测点的设计配置，结合浙大中控JX-300XDCS系统I/O模块的特点，笔者给出该DCS系统I/O模块的配置，如表2所示。

表2 控制站I/O模块配置

4 系统控制功能设计
该DCS系统实现了工艺要求的各工段重要测点数据在上位机的实时采集和显示，对现场几十台调节阀和三台变频器的自动控制，和工艺要求的安全生产联锁控制，以及与其他厂家PLC和模块通讯。
4.1 净化工段增湿塔温度联锁控制
净化工段增湿塔T301气体出口有三个温度测点，位号分别为TE-301a，TE-301b，TE-301c，实现温度报警及三取二温度联锁控制。即当温度指示TIA-301a，TIA-301b，TIA-301c中有两个温度为≥70℃时，去开电动阀门TV-301和停SO2风机。控制原理图如图3所示。

图3 增湿塔温度联锁控制

4.2 余热发电系统安全保护ETS联锁控制
该联锁控制是整个DCS系统重要，也是复杂的联锁控制，实现该联锁的控制，余热发电系统才能安全有序地投入生产，否则后果不堪设想。该联锁的控制原理:对工艺要求的条件分别联锁，即对现场仪表采集的数据按照工艺要求的参数(高低限报警)进行设置，利用逻辑关系实现条件联锁。利用条件联锁实现报警首出联锁，即发现先产生报警的参数。后实现因报警而产生的安全动作联锁。保证整个发电系统的安全。联锁图如图4所示。

图4 余热发电系统安全保护ETS联锁控制

4.3 与其他厂家PLC和模块通讯
浙大中控JX-300XDCS系统通过在通讯网络上挂接通信接口单元(CIU)可实现与PLC等数字设备的连接。在该项目DCS系统中，实现了与SO2风机房GEPLC和循环水工段泓格采集模块I7188XA和M7017的通讯。通讯方式为485总线，协议为MODBUS。
还配置了两台UPS电源:SANTAK10KVA，15KVA不间断电源。DCS系统所有用电都通过UPS电源供给，在市电停电时，UPS电源仍然能够提供1小时以上的供电，保障DCS系统操作、监控的顺利进行。

5 结束语
该硫酸生产和余热发电DCS自动化系统从2005年10月投入生产以来，运行情况良好，达到了预期目标，充分发挥了DCS控制系统运行可靠，检测灵活，维护方便的优点。系统操作简便、开放性强、性能价格比高。DCS系统的应用大大提高了生产效率，节省了人力，降低了硫酸制造成本，并改善硫酸的质量。实践表明DCS在工业生产中是大有作为的。
加入了一些传统的硫酸生产工艺没有的安全联锁控制是项目的创新点。实现与泓格控制模块7188XA通讯是对浙大中控DCS应用的突破。对硫酸生产和余热发电项目的自动控制系统的成功应用促进了硫酸生产行业向成本科技、效益管理的转变，通过本系统的应用为恶劣环境条件下生产过程自动控制提供了一个良好的实例。