基于Citect和冗余PLC的煤层气集输控制系统.pdf

第 4期 总 第 1 9 1期 2 0 1 5年 O 8月 机 械工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEE RI NG AUT0MAT1 0N NO． 4 Aug ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 5 0 4 0 1 7 2 0 3 基 于 C i t e c t 和 冗余 P L C 的煤层 气集输控 制 系统 朱光灿 山西铭石煤层 气利用 股份 有限公司 ，山西 晋城0 4 8 0 0 6 摘要 根据煤层气集输的工艺需求 ，提 出了一种基 于 C i t e c t 组态软 件和 西 门子 S 7 4 O O H 冗余 P L C的集 中网 络监控系统。构建 了一个具有现场控制对象 、控制 层、网络层以及基于 C i t e c t 组态软件的上位监 控层 三层 网 络煤层气集输控制 系统 ，采用 了基于 S 7 4 0 0 H 的硬 件冗余 方 式对系统进 行 了冗余设 计 ，保 证 了系统 的可靠 性和稳定性 。实 际运行表 明，该 系统 网络 层次分明 ，具有较高 的系统 可靠性和 稳定 性 ，完全满足场站 集 中监 控 的需求 。 关键词 煤层 气集输 ；C i t e c t ；P L C；冗余 ；组态 中图分类号 T P 2 7 3 文献标 识码 A 0 引言 早期 煤层 气 长 距 离 输 送 由于 下 游 用 户 需 求 量 较 小 ， 对场站 的输送能力要求不高 ， 因此场站采用常规仪 表检测并且 就地控制。随着下游 电厂装机 容量 的增 大 ， 对集气站煤层气输送的压力及浓度要求不断提高 ， 从而对与之相匹配的煤层气集输控制系统要求也变得 越来越高， 煤层气集输控制系统逐渐发展成 为集成 了 现场总线 、 可编程控制技术 和网络技术等多种 先进控 制 技术 的 S C A DA 自动化 监 控 管 理 系 统 ， 同 时对 系统 进行了冗余设计 ， 可 以有效地保证 系统 的可靠性及稳 定性 ， 降低了控制系统的故障率。 1 煤 层气 集输 控 制系统 总体 结构 框架 煤层气集输是指将煤炭矿井下抽采的低浓度煤层 气进行集中储存 、 混气 、 压缩 、 脱水 和计量 的一整套煤 层气输配工艺流程 。铭石公司高庄集气站煤层气集输 工艺流程主要分 为气柜储存 流程 、 混 气流程 、 加压流 程、 脱水流程和计量流程 5部分 。整个工艺流程是将 矿井 低浓 度煤 层气 进 行 集 中储 存 ， 根 据 浓度 需 要 进 行 配风混气 ， 然后进入压缩机进行增压 ， 对压缩后气体进 行脱水处理 ， 最后通过计量 系统对外输气体体积进行 测 量 ， 其 工艺 流程 如 图 1 所 示 。 该煤层气集输控制系统整体采用三层结构 控制 层 、 网络 层 和上位 监 控 层 的经 典 模 式 ， 控 制 层 采 用 基 于 P r o f i b u s - D P现 场 总 线 及 工 业 以太 网实 现 ， 主 要 包 括工艺流程各部分控制器 7 - 2 0 0系列 P L C、 主控制器 s 7 4 0 0 H冗余 P L C、 E T2 0 0 M 分布式 I ／ O模块 、 冗余 以太网通讯模块及现场总线 ； 网络层主要采用工业 以 太 网实现各受控设备控制器之间的数据交换 ； 上位监 控层基于 C i t e c t 组态软件的主从服务器对各受控设备 的状态进行集 中监控。煤层气集输控制系统总体结构 框 架 如 图 2所示 。 图 1 煤层气 集输工艺流程 图 圈里 鼍 螋一 早⋯E⋯th e r n e t r 一 ； I I c P uI i 1 4 ． - ／ c P ls M 1 l S M 2 lS M 3 Is S M S tS M 6 IS M 7 匝囫 珂苎 匝 五 苎 巨 苎 图 2 煤层气 集输系统控制 系统框 架 2煤层气集输控制系统的设计 2 ．】 卿 ． 场 控 制 层 的 设 计 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 1 1 ；修订 日期 2 0 1 5 - 0 6 0 9 作者简介 朱光灿 1 9 8 6 一 ，男 ，湖北黄 冈人 ，助理工程师 ，硕士 ，主要从事工业 网络控制技术工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 5年第 4期 有较高的系统可靠性和稳定性 ， 能够完全满足场站集 中监 控 的需求 。 銎 一 I 1 ’ 咿I 器 器 一 I I ～～ l1 I I T ；点 1 一 l- JOF iIF I ；JF iIF I 图 5冗余连 接网络图 参考文献 [ 1 ] 刘丽， 杨兴国． C i t e c t 工控组态软件及其在输气管道 S C A D A 系统中 的应用[ J ] ． 工业控 制计 算机 ， 2 0 0 1 ， 1 4 1 3 6 - 3 8 ． [ 2 ] 张义星 ， 孟 国营． 基 于 C i t e c t 的煤 矿 装 车监 控 系 统设 计 [ J ] ． 煤 炭工程 ， 2 0 1 2 5 1 2 0 1 2 2 ． [ 3 ] 衡军 山． 基于双 C P U 的冗余控 制研究 与实现 [ J ] ． 机床与 液压 ， 2 0 0 8， 3 6 7 3 5 0 3 5 1 ． [ 4 ] 周侗 ， 徐皑东 ， 于海斌 ， 等． 现场 总线 工业 控制系统 信息集 成技 术研 究[ J ] ． 仪表仪器学报 ， 2 0 0 5 ， 2 6 8 5 5 7 5 6 0 ． [ 5 ] 赵强 ， 顾德英 ， 汪晋宽 ， 等． P L C双机热备 系统设计 及性能 优化[ J ] ． 仪器仪表学报 ， 2 0 0 5 ， 2 6 8 6 3 6 6 3 8 ． [ 6 ] 赵秀芬， 孙东辉． 基于 C i t e c t 的 自动监控系统的开发与实 现[ J ] ． 北华航 天工业学 院学 报 ， 2 0 0 6 ， 1 6 5 1 5 1 6 ， 2 5 ． [ 7 ] 王海瑞 ， 张 勇． 基 于 C I TE C T 组态 软件 和 P L C的 高纯 度 干冰生产过程监控 系统[ J ] ． 化 工 自动化及 仪表 ， 2 0 0 8 ， 3 5 5 8 3 8 6． De s i g n a nd Re a l i z a t i o n 0 f CBM Ga t h e r i ng a n d Tr a n s p 0 r t a t i 0 n Co nt r o l S y s t e m Ba s e d 0 n Ci t e c t a nd Re d u nd a nt PLC ZHU Gua n g- c a n Sh a n x i Mi n g s h i CBM Ut i l i z a t i o n Co ．，Lt d ．，J i n e h e ng 0 4 8 0 0 6，Ch i na Ab s t r a c t F o r t h e r e q u i r e me n t s o f CB M ’ s g a t h e r i n g a n d t r a n s D o r t a t i 0 n，t h e d e s i g n o f a c e n t r a l i z e d n e t wo r k mo n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n c o n f i g u r a t io n s o f t wa r e Ci t e c t a n d S 7 4 0 0 H PLC i s p r e s e n t e d ．Th e C BM g a t h e r i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n c o n t r o l s y s t e m i s c o mp o s e d o f a f i e l d c o n t r o l o b j e c t ，c o n t r o l l a y e r ，n e t wo r k l a y e r ，a n d a c o a l b e d g a s g a t h e r i n g a n d c o n t r o l l i n g s y s t e m b a s e d o n Ci t e c t c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e ．At t h e s a m e t i me ，t h e r e d u n d a n c y d e s i g n o f t h e s y s t e m i s c a r r i e d O U t b a s e d o n t h e h a r d wa r e r e d u n d a n c y o f S 7 4 0 0 H ．t o e ns u r e t he r e l i a b i l i t y a nd s t a bi l i t y of t he s ys t e m ．Ac t u a l o pe r a t i o n s ho ws t ha t t he n e t wo r k s ys t e m i s of hi gh r e l i a b i l i t y a nd s t a bi l i t y， a nd f u l l y me e t i ng t h e r e qui r e me nt f o r c e nt r a l i z e d moni t or i ng s t a t i on ． Ke y wo r d sCBM g a t h e r i n g a nd t r a ns por t a t i on；Ci t e c t ；PLC；r e dun da nc y；c on f i gur a t i o n 上接第 1 7 1页 电机的运转方向。P L C不直接控制步进 电机运转， 需 要采用步进电机驱动器进行控制， P L C内通过设定脉 冲量大小来控制每次步进电机的输入脉冲数量 ， 进而 调节转动角度大小。运算部分与控制部分独立 ， 可 以 极大地提高系统跟踪 目标的效率 。 4系统 测试 本 系统 设计 完成 后经 过多 次实 验测 试与 调节输 入 步进电机脉冲量的大小 ， 使机械装置的运行误差控制 在 3 mm 内， 且响应时间小于 1 s ， 能够迅速准确地实 现二维平面内的光电定位跟踪的 目的。 参考文献 [ 1 ] 李翔． 基 于硅光 电池 的光 电 自动跟 踪 系统 的实现 [ J ] ． 湘 潭师范学 院学报 自然科学版 ， 2 0 0 6 4 5 1 5 4 ． [ 2 ] 王 宝 印． 二 自由度 太 阳 自动 跟踪 装 置 控 制 系统 的研 究 [ D] ． 天津 河北工业大学 ， 2 0 1 3 1 0 - 1 8 ． [ 3 ] 张春光． 太阳能电池板二维 自动跟 踪 系统 的研究 [ D] ． 太 原 太原科技大学 ， 2 0 1 3 1 9 - 2 4 ． [ 4 ] 胡朝 晖， 汪凯 ， 车奇 ， 等． 机载 光电跟踪 系统作用距 离建模 与仿真 [ J ] ． 探测与控 制学报 ， 2 0 0 5 4 5 2 5 4 ， 5 8 ． [ 5 ] 王新杰 ， 章海军 ， 黄 峰． 光 电反 馈式 静 电悬 浮 的光 电控制 系统 [ J ] ． 光子学报 ， 2 0 0 2 2 1 8 7 1 9 0 ． [ 6 ] 顾希 ， 王键． 自制光电控 制智能化 吸氧计 时器[ J ] ． 中 国医 疗 器 械 杂 志 ， 2 0 0 6 i 6 0， 7 5 ． 表 1 电机运转情况 电压 比较 X方 向 y方向 正转 反 转 Ul 1 Us 3 √ √ U1 2 U3 3 √ √ U1 3 L ， 3 3 √ 、 J U1 4 U3 3 、 J L ， 1 5 U3 3 √ U2 l L ， 3 3 √ √ U2 2 U3 3 √ √ U2 3 U3 3 √ √ Uz 4 U3 3 √ √ U2 5 U3 3 √ √ 己 ， 3 1 U3 3 √ U3 2 U3 3 L ， 3 4 U3 3 √ √ U3 5 U3 3 √ √ U4 1 U3 3 √ √ U4 2 U3 3 √ √ U4 3 U3 3 √ √ U4 4 U3 3 √ U4 5 U3 3 √ √ U5 1 U3 3 √ √ U5 2 U3 3 √ √ U5 3 U3 3 √ √ U5 4 U3 3 √ U5 5 U3 3 √ √ De s i g n o f Ph o t o e l e c t r i c Po s i t i o n i n g S y s t e m Ba s e d o n M a t r i x S i l i c o n Li g h t Ba t t e r y L I J i a n - q i u，L U C h u n - g u a n g Co l l e ge o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g，He be i Un i t e d Un i v e r s i t y，Ta ng s h a n 0 6 3 0 0 0。Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r e x p o u n d s t h e o v e r a l l d e s i g n o f a n a u t o ma t i c p h o t o e l e c t r i c t r a c k i n g s y s t e m b a s e d o n m a t r i x c i r c u i t wh i c h i s c o m p o s e d o f s i l i c o n p h o t o c e l l ，d e t a i l e d l y i n t r o d u c e s t h e c o mp o s i t i o n o f t h i s s y s t e m a n d t h e o p e r a t i o n p r o c e s s ，i n c l u d i n g t h e c o mp o s i t i o n o f t h e p a r t s a n d c o mp o n e n t s i n t h e s y s t e m ，t h e d e s i g n o f ma t r i x c i r c u i t a n d t h e d e s i g n o f h a r d wa r e a n d s o f t wa r e ． Th e r e s u l t s o f e x p e r i me n t s h o w t h a t t h e s y s t e m c a n a c h i e v e a s e r i e s o f f u n c t i o n s s u c h a s p o s i t i o n i n g a n d a l i g n m e n t ． Ke y wo r ds s i l i c on ph ot o c e l l ；ma t r i x c i r c ui t ；ph ot o e l e c t r i c t r a c k i n g；PLC 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m