摘要：本文介紹了羅克韋爾自動化公司的ControlLogix控制系統在煤氣加壓站中的應用，詳細地敘述了該系統的硬件配置、軟件功能、參數控制原理以及編程調試思想，本案是自動化組態軟件在生產過程控制中的一個典型應用實例。該自控系統投入運行后，控制性能良好，使用、維護方便，為生產線高效穩定地運行提供了可靠的保障。
關鍵詞：ControlLogix 煤氣自動調節 硬件配置 軟件功能
Application practice of ControlLogix control system in gas pressure station
WANG Ping
(Automation Department, Handan Iron and Steel Group Co.Ltd., Handan 056015, Hebei China)
Abstract: This text introduces in detail the hardware compose、software function、
parameter control principle and program debugging thought of ControlLogix control
system of A-B company in gas pressure station, it is representative application of
automation configuration software in manufacture。Since it was run，control
capability is good and convenient，it had been offered credible automation safeguard
for production.
Key Words: ControlLogix gas self-regulation software and hardware compose

一 、引言
         2000年邯鋼從德國克虜伯公司拆回二手設備燃氣輪機，主要消耗能源為混合煤氣。第9煤氣加壓站5#、6#加壓機將焦爐煤氣加壓到0.2Mpa，與高爐煤氣混合后向燃氣輪機提供熱值為3500±50KJ/Nm3的混合高壓煤氣，推動燃氣輪機做功，并向熱風爐輸送一定壓力和流量的冷風。底層控制裝置選用了美國羅克韋爾自動化公司的ControlLogix L5550系列控制平臺，它具有良好的穩定性、擴展性、軟硬件的開放性以及友好的人機界面。其它主要測控設備有鞍山UNION公司的熱值儀和西門子公司的變頻器等。

二 、硬件構成
1. 系統的拓撲架構

圖1. 控制系統的拓撲架構
       圖1中示出了該系統的拓撲架構，該系統的核心部分主要由ControlLogix L5550控制器、工業PC機和ControlNet冗余數據通訊網絡構成。1756-CNBR為ControlNet冗余通訊模板。1784-KTCX15為安裝在工控機內的通訊卡，具有雙通道信號輸入。1786-CP為通訊電纜，1786-TPR為同軸電纜分支器。
2. ControlLogix L5550控制器的硬件配置
該控制器的硬件配置如圖2.所示。

圖2. ControlLogix L5550控制器的硬件配置
1756-PA72：電源模板 1756-L55M14：CPU模板
1756-CNBR：冗余通訊模板 1756-IF16：模擬量輸入模板
1756-IR6I：熱電阻輸入模板 1756-OF8：模擬量輸出模板
1756-IB32：數字量輸入模板 1756-OB32：數字量輸出模板
I/O模板種類繁多，具有可拆卸端子、帶電插拔、分變則報、自診斷、時間標記、模塊
標識、閃存升級、電子保險、單獨隔離等功能。
3． 數據通訊網絡的構成
         Logix5000系列產品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太網等數據通信網絡架構。該系統采用了ControlNet冗余通訊網絡，它具有獨特、先進、高效的Producer/Consumer技術，冗余、開放、高速、實時、對等地傳遞數據信息，網絡傳輸速率最高達5Mb/s。ControlNet有著嚴密的通訊協議和數據傳送邏輯，具有高度的確定性。
        工控PC機內安裝通訊卡，與控制器之間通過ControlNet網進行通訊。通過Rslinx網絡通訊軟件可以方便地設定內存地址、站地址、中斷號等參數。加壓站的實時控制網通過1784-KTCX網卡與1756-CNBR/D通訊模板互相連接。1756-CNBR/D冗余模板聯結兩條網絡主干線，通訊模板隨時監聽并檢驗兩條傳輸通道上的數據傳輸。

三 、軟件概述
1. 系統軟件配置
操作系統為Windows NT6.0中文版+SP6a，監控組態軟件為RSView32 6.3中文版，編程軟件為Rslogix5000 V11.11，網絡通訊軟件為RSLinx V2.2，利用它所提供的OPC接口進行數據采集。
2. 應用軟件功能
2.1 RSView32 6.3提供了建立有效監視以及管理系統的全套工具，它是以MFC（微軟
基礎類庫），COM（組件對象模型）組件技術的軟件包。它具有繪圖及動畫、安全防護功能、報警功能、記錄功能、趨勢功能、事件檢測功能、與先進的OPC協議完全兼容、ActiveX、VBA Script (腳本)語言等豐富的功能，使得軟件設計人員開發功能完善、控制內容靈活的人機界面游刃有余。
煤氣混合站和加壓站操作站的主要畫面包括：工藝流程圖、實時數據表、控制調節畫面、實時趨勢、歷史趨勢、報警畫面、數據報表以及屏幕打印等。主要監控畫面如圖3.所示。

圖3. 煤氣混合加壓站的主要監視畫面
2.2 RSLogix5000梯形圖軟件編程包，有靈活易用的編輯功能，通用的操作畫面，診斷和糾錯工具。程序數據庫中有控制器標簽Controller tag和程序標簽Program tag兩種。與以往的SLC500系列產品相比，所有數據采集無須編程，直接讀取模板地址對應的輸入數值即可。
2.3 RSLinx軟件實現上下位數據庫之間的連接，ControlNet網絡連通后，以OPC數據交換方式在RSLinx軟件中建立Topic，選定相應的Topic建立上位數據庫，RSView32軟件所有人機交互功能即可實現。

四 、主要控制功能
1. 煤氣熱值自動調節
        熱值是主要質量指標之一。煤氣混合加壓站以高爐煤氣為主，以焦爐煤氣為輔，高爐煤氣熱值約750KJ/Nm3，焦爐煤氣熱值約4000 KJ/Nm3。
        煤氣熱值自動控制為串級、交叉限幅調節系統，如圖4.所示；控制軟件中的該串級調節器如圖5.所示。該調節系統以熱值調節為主環，焦爐煤氣流量調節為副環，加入了高焦煤氣單交叉限幅。焦爐煤氣流量的設定值不單單取決于熱值調節器輸出信號MV (即圖4.中的CV1)，而且受到高爐煤氣流量的瞬時值的限制，即按高、焦理論配比值求出應配焦爐煤氣流量值，乘以1.05和0.95作為MV的上、下限幅值MH1、ML1。 
        按照該控制思想，一方面使焦爐煤氣流量調節器的調節量不至于過大，從而使高焦配比值在小范圍內波動；另一方面則使主環調節器不至于產生調節飽和，加快了滯后較大的主環的動態響應，改善了系統的調節品質。

圖4. 混合煤氣熱值/焦爐煤氣流量串級調節系統方框圖

圖5. 控制軟件中的混合煤氣熱值/焦爐煤氣流量串級調節器
ControlLogix控制器的 AO模板輸出4-20mA信號至變頻器，通過變頻器調節兩臺加壓機的轉速，改變高爐煤氣與焦爐煤氣的配比，從而達到調節熱值的目的。
2. 高爐煤氣壓力自動調節
3. 焦爐煤氣壓力自動調節
4. 回流閥自動調節
上述3個調節回路都是單回路PID控制系統。當測量值與設定值有偏差時，該控制器經計算輸出一個4-20mA控制信號，控制調節閥的開度。
煤氣混合站的上述4個調節器的操作監視畫面如圖6.所示。

圖6. 煤氣混合站的4個調節器操作監視畫面

五 、系統調試
1. 在工控機內安裝好通訊網卡，設定好所有參數。將與PLC的通訊線接好，通過RSLinx
軟件檢測在線節點。
2. 下載梯形圖程序，初始調試階段，PLC會出現故障信息，在RSLogix5000中的
Controller properties 中的Major faults/Minor faults中會出現錯誤信息，可以幫助快速處理故障。
3. 在PID功能塊的調試中，Loop U pdate Time (回路刷新時間) 不能為零，否則下載程序肯定出錯。
4. 調試中要靈活運用AFI和TND指令。前者可以暫時中斷所在行的執行，后者可以使
控制器停止掃描所在梯級后面的程序。
5. 對于壓力、流量等被調參數來說，對象調節通道時間常數T0較小，而負荷又變化
較快，這時微分作用和積分作用都容易引起振蕩，對調節品質影響較大，故不采用微分調節規律。因此，高爐煤氣壓力自動調節、焦爐煤氣壓力自動調節、回流閥自動調節都采用PI調節方式。P值愈大，比例調節作用愈強；I值愈小，積分作用愈強（即達到目標值愈快&md