ControlLogix在大型輸煤控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
一、引言：
國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司一期輸煤系統(tǒng)，主要承擔(dān)公司＃1機組、＃2機組兩臺600MW機組的原煤的卸煤、供煤任務(wù)；同時擔(dān)負部分煤炭的中轉(zhuǎn)任務(wù)。控制系統(tǒng)主要可分為卸船和進倉兩部分，分別采用一套雙機熱備的PLC-3來控制，其中卸船部分的PLC和進倉部分的PLC通過Peer-to-Peer方式進行實時信息交換，有兩臺上位機通過DH+網(wǎng)絡(luò)和PLC-3相連，另有三臺斗輪堆取料機通過RIO方式與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)對現(xiàn)場所有皮帶機、卸料小車及輔助設(shè)備（磁鐵分離器、金屬探測器、取樣系統(tǒng)、集塵系統(tǒng)）進行控制，同時與卸船機、斗輪機的控制系統(tǒng)進行部分信息交換，達到集中控制的目的。
PLC-3是Rockwell Automation公司在二十世紀80年代早期推出的中型PLC，屬于第一代產(chǎn)品。PLC-3系列產(chǎn)品逐步退出歷史舞臺，其價格、供貨期、技術(shù)支持等方面已經(jīng)難以得到保證。另系統(tǒng)經(jīng)過15年的連續(xù)運行，也已逐漸老化。主要表現(xiàn)出通訊速度慢；時有不明故障發(fā)生；而且編程監(jiān)測設(shè)備與系統(tǒng)連接困難，嚴重影響故障處理工作。
為了確保一期輸煤系統(tǒng)能更安全、更可靠的運行，我們采用Rockwell Automation公司的ControlLogix系列產(chǎn)品對該系統(tǒng)進行了升級改造。
二、系統(tǒng)配置：
2.1 控制器說明：
ControlLogix是Rockwell公司的第三代主流產(chǎn)品。由于ControlLogix可以處理的I/O容量很大，理論上單機就可以達到128000點開關(guān)量信號或者4000路模擬量信號；而卸船系統(tǒng)和進倉系統(tǒng)總共1000點開關(guān)量和40路模擬量信號，因此，我們將卸船系統(tǒng)和進倉系統(tǒng)的主機部分合并，采用一套ControlLogix系統(tǒng)進行控制，CPU型號為L55M24，并采用雙機架、雙控制器冷備方式進行控制。
ControlLogix除了具有可靠性高、指令集豐富、聯(lián)網(wǎng)通訊能力強、I/O模板豐富、開放性好等傳統(tǒng)PLC如PLC-5所具有的優(yōu)點以外，ContolLogix還具有傳統(tǒng)PLC所不具備的優(yōu)點。ControlLogix系列產(chǎn)品是一個真正的集成控制平臺，區(qū)別于傳統(tǒng)控制器只能滿足于單一控制要求，ControlLogix利用統(tǒng)一的編程軟件和一個公共系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫將順序控制、過程控制、傳動和運動控制集成在一個框架內(nèi)。
2.2 控制網(wǎng)絡(luò)說明：
系統(tǒng)采用冗余的ControlNet網(wǎng)絡(luò)連接計算機、PLC主機和I/O站點，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。ControlNet是當今自動化領(lǐng)域最現(xiàn)代化、最具競爭力的開放式網(wǎng)絡(luò)，它是基于開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種新發(fā)明的解決方案——生產(chǎn)者/客戶模式，滿足鏈接PLC處理器、I/O、計算機、操作員終端及其它智能設(shè)備所需的實時、高信息吞吐量應(yīng)用的要求，組合了I/O網(wǎng)絡(luò)和對等網(wǎng)絡(luò)的功能，同時也提供這兩個網(wǎng)絡(luò)的高速性能。ControlNet可以用于對信息傳送有時間苛刻要求的、高速率、高效率的場合，同時也允許傳送無時間苛刻要求的報文數(shù)據(jù)，但不會對有時間苛刻要求的數(shù)據(jù)傳送造成沖擊。
整個系統(tǒng)的控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)站點基本位于三個地方：煤控室、煤倉和碼頭，因此位于同一地點的控制器、I/O及上位機站點可以直接采用冗余的同軸電纜連接。而煤控室、煤倉層和碼頭之間由于距離較遠，布線要經(jīng)過戶外，因此我們使用了光纖冗余網(wǎng)絡(luò)連接，以提高抗干擾性能。另由于三臺斗輪機上的控制電纜卷盤中的電纜無光纜也無同軸電纜，不能組建ControlNet網(wǎng)絡(luò)，考慮改造成本，且斗輪機和煤控室之間的通信量較少，其通訊電纜仍采用原有電纜1770－CD，在煤控室PLC1站的框架上增加兩塊DH+/RIO模塊組建RIO通訊網(wǎng)絡(luò)；斗輪機上的RIO站點保持不變。
2.3 上位機系統(tǒng)：
采用兩臺上位機，分別負責(zé)進倉和卸船作業(yè)，同時可以互為備用，即每臺都能完成進倉、卸船功能。
在計算機中安裝1784-PCIC使其可以通過ControlNet網(wǎng)絡(luò)和PLC連接，并可以進行編程、程序上下載、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、讀寫PLC數(shù)據(jù)、監(jiān)控現(xiàn)場各設(shè)備啟停等操作。監(jiān)控軟件采用Rockwell Software公司的RSView32，采用簡潔、明晰、直觀的動態(tài)圖形來表示各各設(shè)備的狀態(tài)，并詳細記錄設(shè)備的運行狀態(tài)、故障信息等，并能以靈活的方式查詢這些信息。
三、項目實施：
由于在改造項目的實施期間，系統(tǒng)仍然需要對＃2機組進行供煤，每天可供使用的停機改造時間僅為4小時，因此在如何保證機組正常發(fā)電的基礎(chǔ)上，完成好輸煤系統(tǒng)的改造成為此項目的關(guān)鍵。
我們充分利用了ControlLogix系統(tǒng)與原DH＋/RIO通訊兼容的特點，將整個改造過程分為四步。
3.1 程序設(shè)計
基于IEC1131-3標準的RSLogix5000編程軟件和Logix5550控制器豐富的指令集，使我們充分利用了已有的編程技能。用戶自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基于標簽的尋址方式使得編程更加輕松，使控制程序具有更高的可讀性，也能減少編程和調(diào)試運行中的錯誤，便于用戶的維護。
在編程中過程中我們放棄了對原系統(tǒng)程序直接升級的方法進行程序編制，而是充分考慮并吸收了多年的實踐操作和應(yīng)用的經(jīng)驗，編制了更加適合本系統(tǒng)的邏輯控制流程圖。在程序中所有應(yīng)用于邏輯控制的輸入輸出信號均不直接使用輸入輸出模塊標簽，而采用了中間變量作為傳遞的橋梁，在系統(tǒng)更換為ControlLogix系統(tǒng)的調(diào)試過程中可避免對系統(tǒng)控制邏輯程序的修改。
3.2 工藝功能的調(diào)試。
在ControlLogix框架中安裝DH＋/RIO模塊，采用RIO方式與原系統(tǒng)I/O模塊連接，調(diào)試PLC程序的邏輯功能與上位機系統(tǒng)的人機界面功能。
由于在程序設(shè)計中以流程圖為標準編程并按照設(shè)備來劃分不同的控制子程序，在調(diào)試中根據(jù)調(diào)試進程的安排可單獨測試某個設(shè)備的功能，大大加快了現(xiàn)場調(diào)試的速度并增加了調(diào)試過程中的安全性。如圖四所示為程序結(jié)構(gòu)圖。這樣就完成了新系統(tǒng)各控制邏輯功能的調(diào)試并同時完成了上位機人機界面各畫面功能的調(diào)試。
3.3 系統(tǒng)的改接線
利用進倉的時間間隔，將原來接在1771 I/O模塊上的信號線改接到新增加的羅克韋爾公司1492-IFM40F接線座上，再通過1492-CABLExxxQ電纜連接1756或1771系列模塊上。這是實現(xiàn)本次不停機改造的關(guān)鍵，我們先使用1492-CABLExxxQ電纜與備用的1771接線端子進行連接，在系統(tǒng)的進倉間隔中，將原系統(tǒng)信號線逐步改接到1492-IFM40F接線座上，并利用已完成的1492-CABLExxxQ電纜接回原I/O模，這樣在保證了項目改造穩(wěn)步進行的同時，保證了機組正常供煤的需求。
3.4 ControlLogix系統(tǒng)的安裝。
安裝完各處ControlLogix框架及模塊后，利用前期完成的帶1756接線臂的1492-CABLExxxQ電纜連接ControlLogix系統(tǒng)的I/O模塊與1492-IFM40F接線座，并將原程序中使用的1771I/O模塊標簽改為1756I/O模塊的標簽。
借助ControlLogix系統(tǒng)提供的優(yōu)越性能，我們僅用了六周的時間就完成了系統(tǒng)的現(xiàn)場改造工作。
四、結(jié)束語：
多年使用Rockwell公司的自動化產(chǎn)品，其可靠性給我們留下了深刻的印象，此次系統(tǒng)改造的成功實施，使我公司一期輸煤系統(tǒng)的自動化程度得到了大幅度的提高，ControlLogix系統(tǒng)的先進性得到了充分的體現(xiàn)。
國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司一期輸煤系統(tǒng)，主要承擔(dān)公司＃1機組、＃2機組兩臺600MW機組的原煤的卸煤、供煤任務(wù)；同時擔(dān)負部分煤炭的中轉(zhuǎn)任務(wù)。控制系統(tǒng)主要可分為卸船和進倉兩部分，分別采用一套雙機熱備的PLC-3來控制，其中卸船部分的PLC和進倉部分的PLC通過Peer-to-Peer方式進行實時信息交換，有兩臺上位機通過DH+網(wǎng)絡(luò)和PLC-3相連，另有三臺斗輪堆取料機通過RIO方式與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)對現(xiàn)場所有皮帶機、卸料小車及輔助設(shè)備（磁鐵分離器、金屬探測器、取樣系統(tǒng)、集塵系統(tǒng)）進行控制，同時與卸船機、斗輪機的控制系統(tǒng)進行部分信息交換，達到集中控制的目的。
PLC-3是Rockwell Automation公司在二十世紀80年代早期推出的中型PLC，屬于第一代產(chǎn)品。PLC-3系列產(chǎn)品逐步退出歷史舞臺，其價格、供貨期、技術(shù)支持等方面已經(jīng)難以得到保證。另系統(tǒng)經(jīng)過15年的連續(xù)運行，也已逐漸老化。主要表現(xiàn)出通訊速度慢；時有不明故障發(fā)生；而且編程監(jiān)測設(shè)備與系統(tǒng)連接困難，嚴重影響故障處理工作。
為了確保一期輸煤系統(tǒng)能更安全、更可靠的運行，我們采用Rockwell Automation公司的ControlLogix系列產(chǎn)品對該系統(tǒng)進行了升級改造。
二、系統(tǒng)配置：
2.1 控制器說明：
ControlLogix是Rockwell公司的第三代主流產(chǎn)品。由于ControlLogix可以處理的I/O容量很大，理論上單機就可以達到128000點開關(guān)量信號或者4000路模擬量信號；而卸船系統(tǒng)和進倉系統(tǒng)總共1000點開關(guān)量和40路模擬量信號，因此，我們將卸船系統(tǒng)和進倉系統(tǒng)的主機部分合并，采用一套ControlLogix系統(tǒng)進行控制，CPU型號為L55M24，并采用雙機架、雙控制器冷備方式進行控制。
ControlLogix除了具有可靠性高、指令集豐富、聯(lián)網(wǎng)通訊能力強、I/O模板豐富、開放性好等傳統(tǒng)PLC如PLC-5所具有的優(yōu)點以外，ContolLogix還具有傳統(tǒng)PLC所不具備的優(yōu)點。ControlLogix系列產(chǎn)品是一個真正的集成控制平臺，區(qū)別于傳統(tǒng)控制器只能滿足于單一控制要求，ControlLogix利用統(tǒng)一的編程軟件和一個公共系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫將順序控制、過程控制、傳動和運動控制集成在一個框架內(nèi)。
2.2 控制網(wǎng)絡(luò)說明：
系統(tǒng)采用冗余的ControlNet網(wǎng)絡(luò)連接計算機、PLC主機和I/O站點，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。ControlNet是當今自動化領(lǐng)域最現(xiàn)代化、最具競爭力的開放式網(wǎng)絡(luò)，它是基于開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種新發(fā)明的解決方案——生產(chǎn)者/客戶模式，滿足鏈接PLC處理器、I/O、計算機、操作員終端及其它智能設(shè)備所需的實時、高信息吞吐量應(yīng)用的要求，組合了I/O網(wǎng)絡(luò)和對等網(wǎng)絡(luò)的功能，同時也提供這兩個網(wǎng)絡(luò)的高速性能。ControlNet可以用于對信息傳送有時間苛刻要求的、高速率、高效率的場合，同時也允許傳送無時間苛刻要求的報文數(shù)據(jù)，但不會對有時間苛刻要求的數(shù)據(jù)傳送造成沖擊。
整個系統(tǒng)的控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)站點基本位于三個地方：煤控室、煤倉和碼頭，因此位于同一地點的控制器、I/O及上位機站點可以直接采用冗余的同軸電纜連接。而煤控室、煤倉層和碼頭之間由于距離較遠，布線要經(jīng)過戶外，因此我們使用了光纖冗余網(wǎng)絡(luò)連接，以提高抗干擾性能。另由于三臺斗輪機上的控制電纜卷盤中的電纜無光纜也無同軸電纜，不能組建ControlNet網(wǎng)絡(luò)，考慮改造成本，且斗輪機和煤控室之間的通信量較少，其通訊電纜仍采用原有電纜1770－CD，在煤控室PLC1站的框架上增加兩塊DH+/RIO模塊組建RIO通訊網(wǎng)絡(luò)；斗輪機上的RIO站點保持不變。
2.3 上位機系統(tǒng)：
采用兩臺上位機，分別負責(zé)進倉和卸船作業(yè)，同時可以互為備用，即每臺都能完成進倉、卸船功能。
在計算機中安裝1784-PCIC使其可以通過ControlNet網(wǎng)絡(luò)和PLC連接，并可以進行編程、程序上下載、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、讀寫PLC數(shù)據(jù)、監(jiān)控現(xiàn)場各設(shè)備啟停等操作。監(jiān)控軟件采用Rockwell Software公司的RSView32，采用簡潔、明晰、直觀的動態(tài)圖形來表示各各設(shè)備的狀態(tài)，并詳細記錄設(shè)備的運行狀態(tài)、故障信息等，并能以靈活的方式查詢這些信息。
三、項目實施：
由于在改造項目的實施期間，系統(tǒng)仍然需要對＃2機組進行供煤，每天可供使用的停機改造時間僅為4小時，因此在如何保證機組正常發(fā)電的基礎(chǔ)上，完成好輸煤系統(tǒng)的改造成為此項目的關(guān)鍵。
我們充分利用了ControlLogix系統(tǒng)與原DH＋/RIO通訊兼容的特點，將整個改造過程分為四步。
3.1 程序設(shè)計
基于IEC1131-3標準的RSLogix5000編程軟件和Logix5550控制器豐富的指令集，使我們充分利用了已有的編程技能。用戶自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基于標簽的尋址方式使得編程更加輕松，使控制程序具有更高的可讀性，也能減少編程和調(diào)試運行中的錯誤，便于用戶的維護。
在編程中過程中我們放棄了對原系統(tǒng)程序直接升級的方法進行程序編制，而是充分考慮并吸收了多年的實踐操作和應(yīng)用的經(jīng)驗，編制了更加適合本系統(tǒng)的邏輯控制流程圖。在程序中所有應(yīng)用于邏輯控制的輸入輸出信號均不直接使用輸入輸出模塊標簽，而采用了中間變量作為傳遞的橋梁，在系統(tǒng)更換為ControlLogix系統(tǒng)的調(diào)試過程中可避免對系統(tǒng)控制邏輯程序的修改。
3.2 工藝功能的調(diào)試。
在ControlLogix框架中安裝DH＋/RIO模塊，采用RIO方式與原系統(tǒng)I/O模塊連接，調(diào)試PLC程序的邏輯功能與上位機系統(tǒng)的人機界面功能。
由于在程序設(shè)計中以流程圖為標準編程并按照設(shè)備來劃分不同的控制子程序，在調(diào)試中根據(jù)調(diào)試進程的安排可單獨測試某個設(shè)備的功能，大大加快了現(xiàn)場調(diào)試的速度并增加了調(diào)試過程中的安全性。如圖四所示為程序結(jié)構(gòu)圖。這樣就完成了新系統(tǒng)各控制邏輯功能的調(diào)試并同時完成了上位機人機界面各畫面功能的調(diào)試。
3.3 系統(tǒng)的改接線
利用進倉的時間間隔，將原來接在1771 I/O模塊上的信號線改接到新增加的羅克韋爾公司1492-IFM40F接線座上，再通過1492-CABLExxxQ電纜連接1756或1771系列模塊上。這是實現(xiàn)本次不停機改造的關(guān)鍵，我們先使用1492-CABLExxxQ電纜與備用的1771接線端子進行連接，在系統(tǒng)的進倉間隔中，將原系統(tǒng)信號線逐步改接到1492-IFM40F接線座上，并利用已完成的1492-CABLExxxQ電纜接回原I/O模，這樣在保證了項目改造穩(wěn)步進行的同時，保證了機組正常供煤的需求。
3.4 ControlLogix系統(tǒng)的安裝。
安裝完各處ControlLogix框架及模塊后，利用前期完成的帶1756接線臂的1492-CABLExxxQ電纜連接ControlLogix系統(tǒng)的I/O模塊與1492-IFM40F接線座，并將原程序中使用的1771I/O模塊標簽改為1756I/O模塊的標簽。
借助ControlLogix系統(tǒng)提供的優(yōu)越性能，我們僅用了六周的時間就完成了系統(tǒng)的現(xiàn)場改造工作。
四、結(jié)束語：
多年使用Rockwell公司的自動化產(chǎn)品，其可靠性給我們留下了深刻的印象，此次系統(tǒng)改造的成功實施，使我公司一期輸煤系統(tǒng)的自動化程度得到了大幅度的提高，ControlLogix系統(tǒng)的先進性得到了充分的體現(xiàn)。
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