今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
關鍵詞：ESD；連鎖；冗余；力控
趙麗華（1973－）
女，工學學士學位，工程師，從事自動化優化控制應用與開發工作。
某乙烯廠乙烯儲存由11個球罐組成，每個罐的體積300m 。在正常的生產中需要控制罐內的液位，要監視罐內溫度，壓力和相關閥門的狀態。將罐內的物料液位嚴格控制在一定的高度，防止冒頂。因為乙烯是易燃易爆的物質，一旦發生溢漏，可能發生極大的危險，給人身和設備帶來巨大的損壞，造成不可估量的損失，因而其重要性是顯而易見的。出于安全生產的要求，決定對球罐控制系統進行改造。
1 工藝流程簡述
1.1 儲罐工作工藝
生產中產出的乙烯產品儲存在11個球罐中，每個罐進料口有一個電磁速斷閥門，當罐內的液位或壓力達到連鎖設定值時，自動切斷入口電磁閥門。另外，當罐頂壓力達到連鎖值時，自動打開泄氣閥門，將乙烯氣體排放到回收系統中，重新利用，避免放空造成污染。其余罐工藝都是相同的。具體如圖1所示。
圖1 工藝流程圖
2 控制方案的確定
2.1 實際生產要求
由于裝置的重要性，要求控制設備能不間斷工作，防止控制設備本身的不穩定給生產帶來不利的影響。還要防止操作監控軟件以及操作站本身的死機，造成不能對現場設備進行監控。控制設備響應要足夠滿足緊急停車的要求。在正常生產中至少要保存3個月以上的歷史數據，以便檢索、查詢和生產管理。
2.2 工藝操作要求
（1） 正常生產中在操作站的監控畫面上能看到設備的當前狀態。
（2） 當連鎖值達到預報警時，在操作畫面上給予提示，并聲光報警，提醒工藝操作人員預先處理。在工藝操作人員確認報警以后，如果報警繼續存在，則聲音停止，而報警指示燈繼續亮；如果報警不存在，聲光同時解除。
（3） 當達到連鎖值時，按照工藝流程圖1產生相應的動作。
（4） 連鎖發生以后，必須要工藝人員確認復位設備方可進行下一次開車。
（5） 需要在操作站監控的量有，罐內的液位、壓力、溫度、閥門的狀態等，11個球罐共AI 33點，DI 55點，DO 30點。
3 控制系統
3.1 硬件結構及其特點
根據該生產工藝的特點和生產過程的實際情況，選用美國Rockwell公司的PLC。其型號為PLC5/40C F15 。該產品能組態為硬件冗余功能，包括電源冗余，CPU冗余，通訊冗余。具體配置如圖2所示。
圖2 硬件配置圖
從圖2中我們可以看出，配置了2臺操作站，互為備用。特別出于對安全考慮，采用冗余控制方式。既首先選用2個4槽框架，型號為1771-A1B，每個框架中分別安裝一個CPU和一個電源模塊，此電源模塊220VAC輸入，為安裝在框架內的所有模塊供電；然后選取1個13槽框架，型號為1771-A4B。其中安裝1個I/O適配器，2個電源模塊，不同類型的多個I/O 模塊。適配器的作用將這個13槽框架作為遠程框架和CPU進行通訊，負責數據的上傳和下送，是現場I/O和處理器連接的紐帶，2個電源模塊220VAC輸入，作為冗余電源為安裝在13槽框架上的所有模塊供電。另外，每個CPU上還插入一個熱備模塊1785-CHBM，每個框架具體的配置和模塊型號見表1～表3。 表３ 框架３
表１ 框架１
槽號 模塊型號 備注
0 785L40CF15 CPU
1 空槽
2 空槽
3 1771－P6S 電源
表２ 框架２
槽號 模塊型號 備注
0 PLC5/40C F17 CPU
1 空槽
2 空槽
3 1771－P6S 電源
槽號 模塊型號 備注
0 1771-ACNR I/O適配器
1 1771－IQ16 數字輸入
2 1771－IQ16 數字輸入
3 1771－IQ16 數字輸入
4 1771－IQ16 數字輸入
5 1771－OW16 數字輸出
6 1771－OW16 數字輸出
7 模擬輸入
8 模擬輸入
9 模擬輸入
10 空槽 備用
11 1771－P6R 電源
12 1771－P6R 電源
通訊連接采用特有的 ControlNET 連接方式，具有優越的實時性，是真正面向工廠級的實時控制網絡。
3.2 軟件功能及特點
3.2.1 RSLINX軟件
RSLINX是用來組態 PLC和上位機通訊的軟件，取決于實際的通訊方式來選擇。
3.2.2 RSNETWorks for ControlNet
應用此軟件組態硬件和熱備份冗余。按造實際硬件連接方式組態所有的模塊，要特別注意的是，在做冗余組態的時候，CPU的節點地址一定要選擇連續的數字，范圍在0~99之間，但是0不可用，并且第一個數字是奇數，如5和6等，系統推薦最好組態成1和2。
在所有硬件組態好以后，需要調整網絡參數，如最大Scheduled地址；最大UNscheduled地址；通訊介質；RTU時間等。
最后存儲項目文件，記下項目名稱和路徑，以備下一步應用。
3.2.3 Rslogix5 軟件
在Rslogix5中新建一個項目，選取CPU類型PLC5/40C F系列，只有F系列才有熱備功能，填入剛才組態好的RSNETWorks for ControlNet 項目文件。
在Rslogix5的Hot Backup組態中，創立一個備份文件，長度嚴格200個字。指定主站節點地址和同步檢測的項。
3.2.4 操作站監控軟件力控及開發應用
力控組態軟件是北京三維力控有限責任公司開發的面向對象的開發工具，是基于32位的WINDOWS98/2000/NT 下應用平臺，有豐富的I/O驅動能連接各種現場設備。分布式實時多數據庫系統，提供了訪問工廠系統數據的一個公共入口。具有WEB功能，充分利用了Internet的網絡資源。
在操作站上開發了流程監視畫面，操作畫面、實時趨勢、歷史趨勢畫面、報警總貌畫面。每幅畫面上都有操作按鈕，保證及時、準確、快速地切換到需要的畫面。
可顯示8筆記錄的趨勢畫面，更加直觀反映了實際的工作情況。
靈活方便的參數設置，只需用鼠標輕點要輸入的項目，就可及時修改參數報警彈出式窗口，在第一時間引起操作人員的注意，為處理事故贏得時間。
3.3 上位機冗余控制的實現
3.3.1 操作站冗余
前面已經論述了控制站冗余的實現方法，其大大防范了由于硬件故障帶來的非正常停產。在實際生產中還有一個影響生產的嚴重問題，就是如何防止操作站故障。比如，操作站損壞或死機，造成不能對生產過程進行監控，不能及時了解和控制現場情況，同樣會危及安全生產。
力控組態軟件所具有的雙機熱備功能，正好解決了上述問題。在實際應用中，2臺PC操作站，1臺組態為主站，1臺組態為從站。正常主站具有操作功能，從站具有監視功能，并且不斷等值化主站的數據。一旦主站發生故障，從站立即自動切換為主站，并接管所有工作。當主站恢復正常后，從站仍把控制權交回主站，并把主站在故障期間數據庫中丟失的數據補充上。
3.3.2 通訊切換
在實際應用中面臨一個主要的問題是，當CPU切換以后，如何不影響到操作站的正常監控。因為，在力控的數據庫組態中，所有的工位號連接路徑都指向作為主控制站的CPU ，其節點地址為1。當CPU切換后，從站CPU接管工作，其節點地址是2。由于實際通訊路徑的改變，就會發生操作站通訊中斷，不能正常監控。
為此，力控軟件開發人員專門開發了一個I/O驅動程序，對主工作站的故障狀態做了判斷，很好的解決了上述問題。
圖３是在力控軟件中的實際數據庫組態圖，在訪問路徑中，填入主控制站PLC地址；冗余數據項中填入從控制站PLC地址；數據類型和讀寫權限選擇適合的就可以了。無須操作人員干涉，自動檢測主控制器的工作狀態，如果發生故障，自動無擾動切換到從控制器通訊，不影響上位計算機的工作，保證了系統的安全可靠性。
需要說明的是，主從控制站中的程序要求完全一致，這樣在自動切換的時候才能保證數據連接地址的正確性。
圖3 力控軟件實際數據庫組態圖
4 結論
該系統投產后，經實際檢驗，運行穩定，大大降低了改造前的非正常停產次數，操作方便，易于維護，取得了良好的經濟效益。特別是在對安全要求較高的控制系統中，值得推廣。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號