基金会现场总线FF技在高炉循环水泵站自动化控制系统中的应用.docx

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1、基金会现场总线FF技在高炉循环水泵站自动化控制系统中的应用中国科学院沈阳自动化研究所以及中科博微自动化技术有限公司非常荣幸能为西林钢铁集团有限公司高炉循环水泵站自动化控制系统提供技术方案。我们坚信本工程为我们公司提供了很好的时机证实了我们早期积极灵敏的态度是为了以必要的适应性,技巧性,以及专业精神,进而工程顺利完成。本文档具体描绘了我们针对要求的PLC控制系统、在线仪表及监视控制自动化设备所选择的标的物的总讲明、具体技术参数和供货范围技术方案的背景。技术方案的背景我们的技术方案基于以下文档资料：西林钢铁集团有限公司高炉循环水泵站自动化控制系统招标文件并保证本方案中的技术细节均符合招标文件中的各

2、项要求。根据黑龙江省西林钢铁集团有限公司高炉循环水泵站自动化控制系统招标文件及我公司在焦化施行工作中的实际经历，结合国内外当代化高炉循环水自动系统的先进技术和开展趋势，充分发挥我公司的综合实力，使该自动控制系统到达国际先进程度前提下，根底自动化控制系统的配置到达二十一世纪的国内先进程度，做到电、仪自动化控制系统一体化，在保证系统总体技术方案的完好性、先进性、公道性，在总体上降低用户的投资，为用户提供最优化的产品及效劳。以最优化的用户构造本钱及总运行本钱，实现最优化的产品布局和效劳，并考虑最优价格性能比而编制的，最终实现用户经济效益和社会效益的最大化。控制系统概要Quantum系列PLC简介根据

3、设计要求，本系统采用法国施耐德电气公司的MODICONTSXQUANTUM自动化平台，各分站CPU采用140CPU43412A，系统内所有PLC模块均为QUANTUM系列模块，均可实现带电插拔。典型应用包括：控制连网与互锁、数据收集、程序上装/下装，远程在线编程，与操纵员接口之间的连接和主机数据收集。Quantum系列可编程序控制器是MODICON公司于1994年推出的984换代产品。MODICON公司的984系列可编程序控制器曾是世界上主要的可编程序控制器产品之一。984系列可编程序控制器共有18个型号,可处理的开关量I/O从256到16384点,但用户只需把握一套指令系统、一种体系构造和一

4、套编程软件,即可应用于各种型号,系统的兼容性也减少了用户最初选择系统所承当的风险。在系统进展晋级改型时,仍可继续使用原有的I/O系统,原系统的应用软件原那么上可继续使用。Quantum可编程序控制器继承了984向下兼容的特点,硬件上仍可使用984的800I/O系统,软件上可使用984的根本指令、功能指令和Modsoft编程软件。Quantum可编程序控制用具有模块化、可扩展的体系构造,可用于工业和制造经过的实时控制,可以知足中型至大型控制系统的控制要求。系统包括CPU模块、I/O模块、通讯模块、智能模块、电源模块和底板。典型的Quantum系统的组成如下图。Quantum硬件模块及编程软件CP

5、U模块中央处理模块CentralProcessingUnit,简称CPU模块是可编程控制器的核心部件,整个PLC的工作经过都是在CPU模块的统一指挥和协调下进展的。CPU模块的主要任务是按一定的规律或者要求读入被控对象的各种工作状态,然后根据用户编制的应用程序要求去处理有关数据,最后再向被控制对象送出相应的控制驱动信号。CPU模块与被控制对象之间的联络是通过各种I/OInput/Output接口实现的。PLC的CPU模块通常是指PLC中的主控板,它与一般计算机系统中的CPU概念不同,后者常用CPU表示一个中央处理器,即它是一块集成芯片。事实上,在一个中型或者大型PLC的中央处理模板上,不仅有C

6、PU集成芯片,而且还有一定数目的ROM或者EPROM储存系统的操纵系统和RAM储存少量的数据或者用户程序在中型或者大型的PLC中常装有两个中央处理器:字处理器和位处理器。其中字处理器是主处理器,它完成字节byte指令理,并实现各种控制作用包括对位处理器的控制。而位处理器是辅助处理器,它主要处理位式bit信息,其主要特点是它在处理位式信息时,速度可以很高。在小型PLC中,往往只用一个处理器同时完成这两方面的工作。详细地讲,PLC的CPU模块主要完成下述各项工作:1接收用户从编程器输人的用户程序,并将它们存人用户存储区;2用扫描方式接收源自被控对象的状态信号,并存入相应的数据区输入映像区;3检查用

7、户程序的语法错误,并给出错误信息;4监测系统状态及电源系统;5执行用户程序,完成各种数据的处理、传输和存储等功能;6根据数据处理的结果,刷新输出状态表,完成对各种外部设备的实时控制和其他辅助工作如显示和打印等。QuantumCPU模块如图2-2所示。CPU模块安装在Quantum本地I/O底板上,是单槽位控制器。CPU模块内含有执行存储器、应用程序存储器、通讯端口以及CPU状态、通讯端口状态LED指示灯。LED状态指示灯显示CPU本身及所有通讯端口的工作是否正常,以便及时进展故障检修。QuantumCPU使用闪速存储器FlashMemory技术,支持控制器的执行存储器和指令集。操纵系统的晋级可

8、通过Modbus和ModbusPius通讯端口直接下装给CPIJ的闪速存储器,代替、更换EPROM芯片或者执行卡执行现场修改。对于较复杂的经过控制,QuantumCPU可通过经过控制功能库ProcessControlFunctionLibray,简写为PCFL,由协处理器配合完成经过控制中较复杂的代数及数学运算。Quantum系列CPU使用电池后备的RAM,以保护用户应用程序,电池安装在CPU模块正面,当控制器运行时即可投入使用。在CPU的前面板还装有两个3位置滑动开关,左边的开关是用来保护存储器的,当开关在上面位置时起保护作用。右边的3位置滑动开关用来选择设定ModbusRS-232C通讯参

9、数,包括ASCII通讯端口参数、RTU通讯端口参数和有效通讯端口参数。CPU模块前面板上都有标准的Modbus和ModbusPlus通讯接口,以支持两种联网方案,CPU前面板上的LED指示灯用于指示其工作状态。CPU模块的后面板上装有两个旋转开关,它们用于设置ModbusPlus节点和Modbus端口地址,有效地址为1640。SWl设置地址高位十位,SW2设置低位个位。假如节点地址选为0或者大于64,Modbus+LED将维持常亮,以指示所选地址元效。对于Modbus端口,包括波特率、数据位、停顿位、奇偶校验位、站地址以及协议等端口均设置在控制器配置中。缺省时,端口设置编程参数为:9600,E

10、,8,1,RTU,model。CPU面板上的开关能将端口设置为调制解调器工作方式:2400,E,7,1,ASCII。QuantumCPU技术性能见表2-1。QuantumCPU模块包括一个80多条指令的指令集。这些指令为离散量处理、模拟量处理和经过控制的应用程序生成提供工具,这些基于984指令集的指令确保各项应用的兼轻易于组合。梯形图逻辑指令见表2-2。开关量和模拟量I/O模块开关量I/O模块的主要作用是实现PLC与外部设备之间数字信号的连接。它完成电平转换、电气隔离、串/并型数据转换、码字错误检测以及提供具有足够驱动才能的各种数字驱动信号等工作,有时还可提供各种中断和通讯等方面的控制信号。开

11、关量I/0模块通常配置有相应的LED状态显示器,以利于操纵人员的监测。开关量I/O的输入信号常来自按扭、开关和继电器触点等实际开关量,也可以是各种外设或者被控制对象送来的数字量。它的数字输出信号主要是以继电器触点或者与TTL电平兼容的数字电平形式提供的。模拟量I/O模块主要实现PLC与外部I/O装置之间模拟信号的连接。其中模拟量输入模块主要完成阻抗匹配、I/V转换、小信号放大、信号滤波以及A/D转换等功能,实现将被控对象送出的模拟量转换成PLC易于处理的数字量的作用。模拟量输出模块主要完成阻抗匹配、功率放大和波形校正等功能,以便向被控对象提供正常工作所需要的模拟控制驱动信号。在一些高精度和高抗

12、干扰的PLC系统中,模拟量I/0模块也需要有光电隔离措施。由于模拟信号的隔离问题远比数字信号隔离困难,因此常在模拟量I/O模块上只配置假设干具有隔离措施的端口,以降低系统的复杂度和本钱。需要指出的是:在模拟量I/O模块中,模拟信号一般不能用光电藕合器作隔离,由于它不能保证良好的线性度,因此往往采用本钱较高的隔离放大器来实现隔离作用。模拟量I/O模块中的数字逻辑局部可以采用光电隔离器来隔离。无论是开关量I/O模块,还是模拟量I/O模块,通常均应根据实际控制的要求和有关的技术指标来进展配置和选择。Quantum系列PLC使用全范围、高性能的I/O模块,符合国际上认可的IEC电气标准,确保恶劣工作环

13、境下的可靠性。Quantum的I/O模块允许带电插拔,这种特性为现场运行维护带来了很多方便。所有的QuantumPLCI/O模块均可使用编程软件实现软件配置。I/O的软件配置允许用户为每个模块配置I/O地址。软件寻址使现有系统在参加模块或者改变I/O配置时,无需从物理上改变应用程序。软件配置的另一个优点是删除空槽,这是由用物理地址系统来建立地址映像的限制而造成的。I/OMap的概念是基于智能模块的扩大,该智能模块需要地址范围以外的额外信息。Quantum系列PLC的I/O模块如图2-3所示。每个模块都有LED信息,包括现有的I/O状态和现场接线故障、熔断器断开、超过量程等信息。每一个I/O模块需要一个单独的I/O接线端子P/N140XTS00200。所有的I/O模块使用同样的连接端子,I/O端子有20#14标准线和40#16标准线,采用THHN级绝缘。Quantum系列PLC的I/O模块类型一览表如表2-3所示。0