C5罐区装置中PLC的应用及分析.pdf

过程控制实施技术 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 8 ，27 9 AUTOM ATI ON I N P ETRo CH EM I CAL I NDUSTRY C 5 罐区装置中 P L C的应用及分析 蔡 旭庆 ， 王红英 兰州石化 维达 电仪分公司 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 摘 要 介绍 了兰州石化公司 1 4 0 k t C 5 罐 区装置 中可编程控制系统 P L C 的软、 硬件 配置、 网络结构及系 统的运行情况 分析 了该系统流量累积程序存在的问题， 并 阐述 了解决问题的办法。 关 键 词 批量控制 ； 可编程控制器 P r o f i b u s 总线 ； 堆栈 中 图分 类 号 T P2 7 3 文 献 标 识 码 B 文 章 编 号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 8 0 2 0 0 7 9 0 2 1 引 言 1 4 0 k t C 罐 区装 置 是 2 0 0 6年 兰 州 石 化 公 司 为大 乙烯项 目配套 上 的 1套 装 置 。该装 置 主 要 用 来 进行 C 物料 的储 存 及 汽车 装 车 ， 可 实现 连 续 进 料计量 及 间歇打料 装车 的批量 控制 。 工艺要求 P L C能 自动检测 4 个 球罐 的液位 信号， 根据 C 5 液位的不同， 自动控制进 口阀门的开 关 ， 合理地控制球 罐的液 位 ； 对 装置 的 C 5流量 、 蒸 汽 流量 、 氮气流量 等进 行显示 ， 并 进行 累 积 ； 装 车 系统 共有 4个 控制 回路 实 现对 相应 阀及 流 量 的批 量 控 制， 满足 C 5 装车的工艺要求。同时， 系统还对过程中 的压力 、 温度、 机泵状态 、 电动阀门状态等进行显示 。 2 P L C控 制 系统 该装 置 最重 要 部 分 就是 P L C， 它 的好 坏 将 关 系到整 个装 置生产 运行 的成败 。该 系统 的 P L C主 要选 用 的是 西 门子 C P U3 1 5 2 D P系列模 块 。根据 工艺 的要求 ， P L C采用 的是 主 、 从 站结 构 ， 由 1 个 主 站 、 2 个从 站 和 2个 P C站 上 位 机 组 成 。用 S 7 3 0 0 C P U3 1 52 D P 系 列 C P U 模 块 做 主 站 ， S 7 3 0 0 C P U3 1 5 2 D P系列 I ／ O 模 块 作从 站 ， 主站 通 过 P r o fi b u s 总线电缆和接 口模块与从站通讯， 这样 的 构架既 保 证 了 P L C 的先 进 性 又 为 用 户 节 省 了 成 本 。主站 由 1个底 板和 电源模 块 、 C P U 模 块 、 通 讯 模 块组 成 。从 站 是 E T 2 O O M 站 ， E T 2 O O M 是 在 工 业 现 场 经 常 使 用 的 P r o f i b u s DP 分 布 式 从 站 ， E T2 0 0 M 从 站 由 1个 有 源 总 线 模 板 的 导 轨 、 2个 I M1 5 3接 口模 块 、 若 干块 S 7 3 0 0系列 I ／ O模 块 组 成 ， 从站的模块也支持热插拔 。其硬件配置如下 a 主机 架 。有 电 源 模 块 P S 3 0 7 I O A 1块 、 C P U 模 块 C P U3 1 5 2 D P 1 块 、 P r o f i b u s 总 线 模 块 C P 3 4 1 1 块 。C P U 模 块存 储 容量 考 虑 了 4 O 的备 用量 ， 存 储器采用 闪存 F L A S H R AM 技术 ； 模 块 上 有 P r o fi b u s D P主／ 从接 口 ， 可 以配 置 成分 布 的 自 动 化结 构 ， 易 于今后 的系统 扩 展 。过程 控 制 、 监视 和使用所需的故障诊断等功能设置于 P L C内。这 些功能包括 实时钟 、 继 电器和锁存继电器、 过渡 触点、 计时器、 计数器、 算术运算 、 逻辑功能、 移位寄 存 器等 。智能 化 的诊 断 功能 连 续 监 控 系统 工 作是 否 正常 ， 并记 录错误 和特殊 系统 事件 。 b 接 口模 块 I M1 5 3 2 。共 2块 ， 用 于多 机架 配置 中主机架 和扩 展机架 之 间的连 接 ， 可扩 展多个 机架 ， 各机 架 之 间的 最 大距 离 为 1 0 m。实 际应 用 中配备有 2个 扩展 机架 ， 扩 展机 架上 有接 口模块 和 信号模块， 其 中数字量输入模块 4块 、 输 出模块 1 块 ， 模拟 量输入 模 块 8块 、 输 出模 块 1块 。 3 网络 结构 第 1个通讯 网络 P L C与人 机界 面间 的通讯 。 采 用 MP I 方式 ， 速 率 为 1 8 7 ． 5 Kb p s ， 两 者 可 以周 期性 地交 换 少 量 的数 据 ， 在 系 统 中该 通 讯 完 成 将 P L C 中处理 后 的各种 现 场运 行 数据 送 就地 人 机界 面显 示 ， 同时 可 以将 人机 界面输 入 的控制命 令送 到 P L C， 控制 设备 的运行 。 第 2个通 讯 网 络 将 控 制 箱 分 为 主控 制 箱 与 分控 制 箱 E T2 0 0远 程 终 端 ， 两 者 采 用 P r o f i b u s 总线通讯 ， 利用 P r o fi b u s 现场总线通信方式， 传输 速率 最 高可达 1 2 Mb ／ s ， 最 大传 输 距 离在 1 2 Mb ／ s 时 为 1 0 0 m， 1 ． 5 Mb ／ s 时 为 2 0 0 m， 用 中继 器 可 以 加长 传输距 离 ， 最多 可 以挂 1 2 6 个 从站 。 4软件 配置 4 ． 1 上 位机监 控软 件设计 上位 机 监 控 软 件 选 用 S i e me n s的组 态 软 件 收稿 日期 2 0 0 7 1 2 2 6 修改稿 。 作者简介 蔡旭庆 1 9 7 2 一 ， 男 ， 甘肃 兰州人 ， 1 9 9 7年毕业 于 辽宁抚顺石油学院工业 自动化专业 ， 学士 ， 工作于兰州石化维达电 仪分公司 ， 任工程 师， 已发表论文 2篇。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 石 油 化 工 自动化 Wi n c c 6 ． 0 ， 该组态软件运行 于 Wi n d o ws环境 ， 为 用户提供 了一种高效 、 开放的组态开发环境。 在操 作员 站 ， 系统 完成 实 时 数 据处 理 、 显 示 并 定时记录 C 装置的数据 ； 当现场设备有动作或出 现 故障 时能够显 示 并 确认 报 警 ， 给 值班 人 员 警示 ； 建 立 了趋势 画 面 ， 可获得 趋势 信息 。允许远 程控 制 操作 ， 值班 人员可 以手 动打开及 关 闭现场 的电动 阀 门 ， 以及对 现场 的汽车站 台 的批 量装 车 。 工程师 站除 了可完成 操作员 站 的所有功 能外 ， 还可 完成 程序 开 发 、 系统 诊 断 、 控 制系 统组态 、 数 据库 管理和维 护 、 画面 的编辑及修 改功 能 。 4 ． 2下位 机监控软 件设计 下位机软件设计采用 S i e me n s S i ma t i c S t e p 7 V5 ． 3编程软件， 用模块式结构程序方式 编程， 这 样既可增 强程 序 的可读 性 ， 方 便 调试 和维 护 工作 ， 又能使数 据库结 构统 一 ， 方 便 Wi n c c 组 态 时变 量标 签的统一编制和设备状态的统一。程序主要分为 数 据处理 子程序 、 批量 控制子程序 、 电动 阀门启 停子 程 序 、 流量 累积子程序 、 保 护功能处理子程序 等。 该机 主要把 控制 系统分解 成 4个 部分 7 个 程 序 功 能块 F C ； 调 用 这 些 F C的 系 统 组 织块 OB 1 。 采用 这种结 构 的优 点 大规 模程 序 容易理 解 ； 可 以 对单 个程 序进行 标 准化 ； 程 序 组 织 简化 ； 其 中最 大 优点是有利于整套控制系统的调试、 维护。 5 系统运 行情况 a 分布式 I ／ O 就近处理 信号 ， 连接线 短 ， 引入 的干扰小； 采用二线制仪表， 减少了线路故障， 提高 了系统抗干扰能力 ， 使检测数据更精确； 卡件分散 供 电有 效地减 少 了 由电源 故 障引起 的系统故 障 。 b 该 控制 系统 于 2 0 0 7年 3月投运 至 7月 ， 设 备性能可靠 ， 使用方便， 运行稳定， 控制效果好 ， 取 得了较好的经济效益和社会效益 ， 控制各项性能指 标达 到生产标 准 ， 满 足 了用 户要求 。 c 从 7月 以后 使 用 中 ， 工 艺经 常 反 映有 流 量 累积不 准确 的现象发 生 ； 后 虽经过 厂家 一再进 行对 程序 的修改 ， 但 累 积量 仍 然 不 是 十分 准确 ， 在 一 定 程度上影 响 了工艺 生产 的要 求 。 现 况处理 在 累积量 大于 4 0 0 0 m。时 ， 累积量 不累积 ， 仪表 只好 进行 清零处 理 。从 而增加 了仪表 维护 的强 度 ， 并 给工艺 计量带 来 了不便 。 6对流 量累积 程序 的分析及 改进 6 ． 1 流 量累积 时不精确 的原 因分析 a P L C本身 的精度 较高 ， 但 在 厂家 的算法 中 ， 总是将 一个 瞬时 流量 在 该 系统 中使用 的流 量量程 均较小 先 除以 3 6 0 0 0 ， 瞬 时流 量 均是 不 能 被 整 除 的 ， 因而 这种算 法 上 的不 整 除 ， 使得 累 积 因数 存 在 一 定的误差， 从而降低 了流量 累积的精度 ， 这就是 流量 累积 不准确 的原 因 。 b 由于瞬时流 量 总是 被 3 6 0 0 0除 ， 从 而 使 流 量 累积的 因数变 得 非 常小 ； 而 一 旦 累积 量 较 大时 ， 用这样 一个 非常 小 的流量 累积 因数 瞬 时 流量 去 加一个 已经 变得较 大 的数 流量 累积量 时 ， 这个较 小 的数 就会 被忽 略不计 ， 从 而产 生 了总累积量 出现 不变化 的现 象 。 6 ． 2改进后 的流量 累计 算法原 理 使 用 F B块 进 行 累积 ， 并 且 F B块 在 OB 3 5中 调 用 。因 OB 3 5中断周期 为 1 0 0 ms ， 这样 确定 了时 问基准 ， 系统 就会 每 隔 1 0 0 ms自动调 用 F B累 积 块 ， 进行 流量 累积 。 在 F B块 中 ， 先 将瞬 时流量乘 以常数 9 ／ 8 ， 然 后 再将 此值 减 去 3 6 0 0 0 0得 到 累 积 因 数 进 行 累 积 。 从 而消 除 了因其 存 在 而使 累 积 因数 变 为无 限循环 小数 的结 果 ， 解 决 了厂 家算法 不准 确的 问题 。 在累积时， 将 累积值 A 分解为 2个堆栈 实数 值 ， 一 个为较 大 的 有 限实 数 B， 另 一个 为 较 小 的实 数 c 。这样 ， A每隔一个适中大小的有限常实数 D 这里笔者选择了仪表量程与常数 9 ／ 8的相乘后， 再除 以 3 6 0 0 0 0所得 到 的商 ， B就被加 D ， 而 A 被 减 D 后 送入 C。在 每 次计 算 结 束 ， 再将 B与 C 相 加 ， 再 除 以常数 9 ／ 8 ， 由 F B功 能块 将 结 果输 出 ， 从 而得到系统精度较高 的流量 实数 。由于这 种算法在 先前消除了无限循环小数 的可能， 而作为堆栈实数 值的 B， c ， 每次都保存 了上一次计算结果的有限实 数 ， 并参加下一次流量 累积 的运算 ， 这种精度的传 递 ， 从而使流量累积获得了较高精度保证。而对于 每次在 O B 3 5中调用 F B功能块输出的累积值， 虽然 是无限循环实数 ， 但因其只是有 限实数与 9 ／ 8商的 结果 ， 在系统 每 隔 1 0 0 ms循 环调 用 中并 不参 与 累 积 ， 只作显示 ， 因此保证了系统流量累积的高精度 。 通 过算法 改 进 的 F B功 能块 在 原 程 序 中进 行 了模 拟测试 ， 结 果使得 流量 累积量 达到 了非常 高的 准 确度 。 7结束 语 此系统功能强大 ， 性价比高， 硬件及网络配置完 全满足生产装置的需要。软件组态方法灵活， 便于 修改 。对 于装 置 所有 流量 仪表 累 积 问题 ， 如上算 法 一 旦在系统中投运， 即可稳定可靠地对该装置所有流 量累计提供可靠的流量累计数据， 完全满足该装置生 产管理 的需要 ； 同时， 流量 累积不 再需要仪 表繁琐 的 清零操作， 从而降低仪表维修量， 提高仪表的完好率。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m