PLC与DCS在浮法玻璃生产中的整合运用.pdf

生产经验 P I G 与D OS 在浮法玻璃生产 中的整合运用 陈健华陈文智 广东江门益胜浮法玻璃有限公司江门市5 2 9 0 0 0 摘要介绍了如何利用P r o fi b u s D P 网络使D C S 与P L C 得到充分整合，发挥各自的控制优点，使浮法玻璃生产控制系统更 灵活、可靠 。 关键词浮法玻璃P r o fi b u s D P 网络P L C D C S 换向系统 风机电加热控制系统 中图分类号 T O1 7 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 1 9 8 7 2 0 0 81 0 0 0 2 50 3 由于P L C 和D C S 在早期开发时，P L C 是由电气技 术员开关的，用计算机的逻辑运算代替继电器逻辑。 D C S 是由仪表技术员开发的，它在运算放大器的基础 上用计算机的模拟运算代替原来的模拟运算。这两者 所研究的内容不同，后来两者都想占有市场，P L C 增 加了模拟量的运算 ，D C S 开发了逻辑运算 。但两者在 新开发的部分都存在有一些缺陷 P L C 开发的模拟量 运算功能块少 ，编程较为复杂 ，价格也比较 昂贵； D C S 开发的逻辑运算一个与非 门的运算需要几十毫 秒，而P L C 只要零点几毫秒。这里我们介绍在浮法玻 璃生产中，热端熔窑的火焰换向系统与退火窑风机及 电加热控制系统是如何利用P r o fi b u s D P 网络使D C S 与 P L C 得到充分整合的。 D C S 负责生产过程的模拟控制 以及数据记录，P L C 负责生产过程的数字控制 ，二者 发挥各 自优点，使得火焰换 向系统与退火窑风机及电 加热控制系统更加灵活，更加可靠。 1 火焰换 向系统与退火窑风机及电加热控 制系统组成 1 ． 1 硬 件系统 浙大中控J X 一 3 0 0 X P 型D C S 系统相应硬件； 浙大中控F W2 3 9 通信接 口卡1 块 ； S 7 3 0 0 C P U 3 1 5 2 D P P L C 2 套 ； P r o f a c e G P 2 6 0 型触摸屏1 台； H i t e c h P WS 3 2 6 0 型触摸屏1 台。 执行机构 包括电机，电磁阀，执行器等 1 。 2 软件系统 A d v a n T r o l P r o V 2 ． 5 0 组态软件和其 D P补丁 包 。 S t e p 7 5 ． 3 西门子组态软件。 S y C o n 现场总线组态软件。 2 熔窑换向系统与退火窑风机及电加热控 制系统的网络结构 系统结构如图1 所示。 工程师站 操作站撮作站 A网 ； i 工业以太网 交换机 通信模块 F W2 3 9 数字量控制， 包括 风 机电加热启停，各设备 的运行状态等 工业以太冈 交换机B I 模拟量控制， 包括 阀 l 门执行器，热电偶， 压 1 力变送器，注流量计， l 风流量计，电加热开度 l 等等 ] G Ir260 1 岫M 网 络 l s 7 3 0 0 3 1 5 2 D P l 熔窑换向系统 ．．i ． ． 一 制， 包括 换I 机、电磁I两启l 备的运行状态I 图1 网络结构 示意 图 从 图 l 可 以看 出整 个 系统 是 由三层 网络 连接 起 来 的。 第l 层是工业 以太网，该网络是冗余的，其中一 层定义为A网，网络号为1 2 8 ． 1 2 8 ． 1 。另外一层定义为 B 网，网络号为1 2 8 ． 1 2 8 ． 2 ，可靠性非常高，主要功能 是把工程站 、两个操作站与D C S 连接起来 ，实现系 统的人机交互 ，工程师站与操作站在A 网的I P 地址为 2 5 全国性建材科技期刊 玻璃 2 0 0 8 年第1 1 期总第2 0 6 期 1 2 8 ． 1 2 8 ． 1 ． X X X ，在B 网的地址为1 2 8 ． 1 2 8 ． 2 ． X X X 。 第2 层是P r o f i b u s 网络 ，该层 网络通过通信模块 F W2 3 9 实现两套P L C 分别与D C S 进行数据交换。在这 个网络中，F W2 3 9 必须作为主站 ，而两 台P L C 分别 作为从站 ，才可以实现通信。 要通过P r o f i b u s 网络实现P L C 与D C S 的通信必须 进行 网络组态 。首先是在S t e p 7 5 ． 3 西 门子组态软件 进行P L C 的网络组态。以我厂风机及电加热系统为 例 ，在P r o f i b u s 网络组态中，我们把P L C 的D P 地址设 置为3 范围l ～ 1 2 5 ，只要不与其它站的D P 地址冲突 即可 ，设置D P 的操作模式为D P S l a v e 必需这样 设置 ，因为在整个网络中F W2 3 9 必需作为主站 ，否 则不能与F W2 3 9 实现通信。 ，在配置对话框中设 置所需的虚拟输入输 出模块。P L C 虚拟的输入模块 要对应D C S 虚拟的输出模块 ，P L C 虚拟的输出模块要 对应D C S 虚拟 的输 入模块 。然后在工程师站使用 S y C o n 软件进行P r o f i b u s 网络组态 ，组态时主站 、从 站的设置要与P L C 的P r o f i b u s 网络组态一致 ，包括主 从站的地址和输入输出卡的对应 如图2 所示 。设 置完成后 ，保存设置文件 ，后辍为p b 。最后是在工 程师站使用D C S 的S C K e y 组态软件中进行组态 ，使用 S C K e y 设 置F W2 3 9 通 信 卡 的I P 地 址 为 1 2 8 ． 1 2 8 ． 1 ． 1 2 ， 选择S y C o n 保存的p b 设置文件作为D P 的组态文件 ， 最后对各个虚拟的输入输出卡进行设置。 图2 第三层是 M P I 网络 ，触摸屏 通过该层 网络与 P L C 连接，实现P L C 与操作员的交互。 3 P E G 从站系统的设计 3 ． 1 退火 窑风 机及 电加 热控 制 系统 风机及电加热控制系统以s 7 3 0 0 3 1 5 2 D P 为控 2 6 制核心 ，通过MP I 网络与P S W3 2 6 0 触摸屏连接作为 本地控制的终端，通过P r o f i b u s 网络与D C S 连接作为 远程控制终端 ，每套风机及电加热配备现场启停与 急停按钮 ，实现了本地 、远程、现场三地控制。控 制权限在本地控制设置。该系统主要是用来控制浮 法玻璃生产线退火窑 的风机 和电加热的启动与停 止 ，并在触摸屏及D C S 控制终端显示各设置 的运行 状态 ，报警信息。 风机及电加热控制系统在整个退 火窑温度控制中只负责逻辑量的控制 ，模拟量是由 D C S 控制 的，风机及电加热启动后D C S 通过控制风 管风阀的执行器 信号为4 2 0 m a 和触发电加热的 可控硅的开度 信号为4 2 0 m a 来调节整个退火窑 的温度。D C S 并记录各监控点的温度 ，阀门开度 ， 风机和电加热运行状态 ，形成实时趋势及历史趋势 图。 3 ． 2 熔 窑火焰换 向系统 火焰换向系统是浮法玻璃熔窑燃烧控制 中的重 要环节 ，换 向质量的好坏会影响熔窑的窑压波动的 大小以及熔窑温度的稳定 ，从而影响玻璃质量 ，因 此整个换 向过程要求稳定可靠 。换向系统也是以 s 7 3 0 0 3 1 5 2 D P 为 控 制 核 心 ，通 过 M P I 网 络 与 P S W3 2 6 0 触摸屏连接作为本地显示终端 ，在本地控 制盘上安装控制按钮作为脱离P L C 的手动控制 ，确 保在P L C 故障的情况下也可以按步骤地通过手动控 制完成换向。P L C 通过P r o f i b u s 网络与D C S 通信 ，实 现换 向过程中D C S 的模拟量控制。P L C 负责控制警 报器 ，换 向闸板 的电机 ，回油 阀 ，重 油 阀的启停 。 D C S 负责换向过程的模拟量控制 ，包括重油管气动 闸阀及雾化气气动闸阀的开度 ，窑压的锁定 ，液面 锁定 ，雾化气锁定 ，助燃风阀锁定。整个换向流程 是一个循环的程序 如图3 所示 。 南 火换北 火 北火换南火 图3熔窑火焰换向流程 图 每一次换火周期为2 0 rai n ，其中换向过程只占 3 0 ～ d 0 S ，余下时间为正常燃烧状态。换向过程分为 生产经验 十步 ，每一步各设备都有相应 的位置状态 ，P L C 程 序每完成一步 ，都会检测 当前步骤 的状态 是否正 确 ，如果正确 则进入下一个 步骤 ，如果不 正确 ， P L C 程序停止执行下一步操作 ，停留在当前状态 ， 直至当前状态正确为止 ，P L C 程序才会继续执行下 去。换向时序如图4 所示。 步骤 l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l 1 工作项目 正常燃烧 换向开绐警报 开回油 关油阀 等待 闸板＆助燃风阀换向 等待 开油阀 关回油 换向完成 正常燃烧 下一步条件 T 一 1 f 加ra i n T - 2 3 0 s T - 3 0 S 油操作气 油操作气 压力表低 T - 5 4 S 闸板＆助燃风阀限位 T - 7 8 s 压力表高 时间到 时间到 时问到 时间到 开关到位 时间到 限接通后 限接通后 T - l 2 0 min , T 一 1 2 0 r n i n 、 时间 T - l 3 0 s T 一 3 0 s T 一 5 4 s T __ 7 , 8 3 T 一 4 5 S T - 6 8 S T 一 8 5 s L r 回油阀 回油阀关 ， 回油阀， 、 南 油阀 南阀 开 、 ． - ● ● ● ● ‘ ● ● ● ● I ● ● ● ● ● ● 烟风闸板 南同开 一 _- t ●- ，一 一 北 回油阀 回油阀关 ， 商油阀 、 ● ● ● ● l i d ● ● - ● - ． ．I ． 蓍油 阀 j B 阀 开 ●● ● - ● ● ● ● ● ● ● ． 助 燃风阀 北 阀开 - 换向预告 到南雾化气 一 l l ≯ D 一 北雾化气 l l “毒| 0 | 舞 l 一c 油 阀锁定 I I 1 助燃风 锁 l 重 定 窑 压、 芎 液 面回 油 信号 图4 熔 窑 火焰换 向 时序 图 火焰换向系统分为三种控制方式 手动 、半 自 动、自动。手动方式是脱离P L C 仍可完成换向动作 ； 半 自动方式是人工按一下启 动 ，系统完 成一次换 向，换 向完成后等待下一次人工启动再进行换 向； 自动方式是按照设定时间周期地 自动完成换向。 4 结束语 浮法玻璃生产线热端控制系统构成复杂 ，逻辑 繁琐 ，数据采集量大 ，系统可靠性要求较高。既要 实现各种模拟量数据的数据运算处理，又要对按钮 等各种数字量、开关量的检测以及对执行机构的控 制。随着P r o fi b u s 在工业控制飞速发展与应用 ， 实 现P L C 与D C S 在火焰换 向系统 与退火窑风机及 电加 热控制系统整合控制 ，互补利用 ，发挥各 自的控制 优势，使控制系统更加灵活 ，可靠。 参考文献 [ 1 ]徐文辉． P r o fi b u s D P 概述[ J J ．航空电子技术． 2 0 0 0 ． 1 ． [ 2 ]崔坚． 西门子工业网络通信指南 一 k册【 M】 ．机械工业出版 社 ，2 0 0 5 ． App l i c a t i o n o f PLC a n d DCS a t Fl o a t GI a s s Pr o duc t i o n Ch e n J i a n h ua ，Che n W e n z h i Abs t r a c t Th i s a r t i c l e i n t r od u c e s h ow t o us e p r ofi bu s n e t wo r k t o l e t DCS a nd P LC S Uffic i e nt l y c o mb i n e d a nd e x e r t e a c h a d v a n t a g e o f c o nt r o l l i n g t o ma k e t h e fl oa t - g ／ a s s c o ntro l s ys t e m mo r e fle x i bl e a nd r e l i a b l e ． Ke y wor dflo a t g l a s s ， p r o fibu s PLC DCS， Ex c h a n g e s ys t e m， F a n a nd He a t e r c o nt r o l s ys t e m 2 7