Computer Era No 9 2009ControlLogix在中海油氮?dú)饪辗猪?xiàng)目中的應(yīng)用林少榮’,張文杰2,王東國(1.中海石油患州石化分公司,廣東惠州516086;2.浙江天博偉業(yè)科技有限公司)摘要:中海油600Nm3/h氪氣空分項(xiàng)目PLC控制系統(tǒng)采用了全球領(lǐng)先的自動化品牌產(chǎn)品 Rockwell Automation,該系統(tǒng)基于上位機(jī)監(jiān)控軟件 RSView se和 ControlLogiⅸx系列可編程控制器。由于此類系統(tǒng)配置在現(xiàn)代空分行業(yè)較少使用,因此文章全面介紹了整個(gè)系純的軟硬件、通訊和安全可靠性的配置情況,并對分子篩系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞: CNOOC;空氣分離; NetLinx;分子篩; ControlLogix;Application of ControlLogix in Nitrogen Air Separation Project of CNOOCLIN Shao-rong. ZHANG Wen-jie, WANG Dong-guo(L. CNOOC Energy Technology Senvices-Petrochemicals Co, Huizhou, Guangdong 516068 China;: 2. Zhe Jiang Tian Bo Technology Co, Lid)Abstract: The PLC control system for 6000Nm3/h nitrogen air separation project of CNOOC adopts the globalbranded product Rockwell Automation. The system is based on upper computer moRSView SE and ControlLogixseries programmable controller. Due to the system configuration rarely used in modern airindustry, the configurations ofhardware and software, communication, and safe reliability in the whole system are overall introduced. Also the design andintroduced in detailKey words: CNOOC: air separation; NetLinx; molecule sift; ControlLogix: SFC0引言由于采用了規(guī)整填料塔,系統(tǒng)達(dá)到了無氫制氬的目的?；葜?200萬噸煉油項(xiàng)目是中海油( CNOOC投資建設(shè)的第該空分項(xiàng)目控制系統(tǒng)采用的是全球知名的自動化品牌座大型煉油廠,在設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)建造水平和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)上都 Rockwell Automation,該品牌的 ControlLorⅸx控制系統(tǒng)以其高達(dá)到際一流水平。該項(xiàng)目結(jié)束了中海油“有采無煉"的歷史,可靠性適應(yīng)工業(yè)過程強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各也使中海油一步跨進(jìn)煉油項(xiàng)目的高端開始了與中石油中石化種生產(chǎn)工藝過程可實(shí)現(xiàn)順序控制回路調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)采集和分散的正面競爭?？刂萍泄芾硎菍?shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段和發(fā)展方向?？辗窒到y(tǒng)是中海油整個(gè)石化基地第一期第一個(gè)投入運(yùn)行1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件構(gòu)成的項(xiàng)目,目的是向煉油廠提供氮?dú)馊剂峡諝夥蛛x控制系統(tǒng)由現(xiàn)場控制單元完成數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處空氣分離是指在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,根據(jù)空氣中各組分的理、控制運(yùn)算、控制輸出等功能,通過 EtherNetIP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與上沸點(diǎn)不同(N2:-1958OC,Ar:-1859OC,O2:-18300C),采位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的信息交互?，F(xiàn)場控制單元通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)以用深度冷凍法的原理,通過精餾來分離空氣中各組分?？諝夥治淖至斜砬€圖形和動畫的形式顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)、變化趨勢離裝置主要由空氣壓縮預(yù)冷凈化熱交換制冷、精餾和產(chǎn)品氣的壓縮七個(gè)系統(tǒng)組成。另外,空分還有一個(gè)精氬生產(chǎn)系統(tǒng)故障情況和報(bào)警狀態(tài),為管理人員的操作提供可靠準(zhǔn)確的實(shí)精氬生產(chǎn)系統(tǒng)主要由粗氬塔和精氬塔組成粗氬塔的作用是去時(shí)信息,同時(shí)現(xiàn)場控制單元接受上層管理以太網(wǎng)下發(fā)的命令,除氬餾份中的O含量精氬塔的作用是去除粗氬中的N含量實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控式的圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)分布圖和密度分布圖以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)分區(qū),以術(shù)M機(jī)工賣幽蘸2001數(shù)據(jù)密度分布圖的各個(gè)峰值為網(wǎng)格密度崗值按照某種等效規(guī)2幅辱龍開字氨害處理M電工版,2006則將各個(gè)網(wǎng)格密度閾值轉(zhuǎn)換為 DBSCAN算法對應(yīng)的各個(gè)e圖毛君贏據(jù)枕福原理算M清太骨威版2007值。按照從密到疏的原則分階段對圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)密度不同的各1再數(shù)懿偷疊據(jù)挖福截術(shù)同真考骨模2001122個(gè)局部圖像區(qū)域使用局部ε值進(jìn)行聚類。在低密度的案類中151PaCd方,煤,1面看實(shí)用銀t將高密度類中的所有圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)作為一個(gè)對象考慮并可與相。M大香蟲200鄰的高密度類合并。這樣可以得到多個(gè)密度層次上的案類結(jié)4北果贏零像處[7] Ester M, Kriegel H P, Sander J, et al. A Density-Based Algorithm果,消除使用全局e值而導(dǎo)致的不良結(jié)果for Discovering Clusters in Large Spatial Databases with Noise參考文獻(xiàn)Portland: Knowledge Discovery and Data Mining, 19961] Jiawei Han Micheline Kamber是范啁等骨據(jù):概合與計(jì)算機(jī)時(shí)代2009年第9期該系統(tǒng)采用分散控制集中管理的方式,分上、下兩層結(jié)來自羅克韋爾軟件的 RSLinx和 IoLinx軟件產(chǎn)品。利用市場上構(gòu)。上層為操作員站(工程師站)及外圍設(shè)備,主要完成整個(gè)空現(xiàn)有的軟硬件組件就可為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供無縫接口。氣分離系統(tǒng)運(yùn)行狀況的動態(tài)圖形監(jiān)控、設(shè)備故障信息的記錄和22開放式接口查詢設(shè)備運(yùn)行停止?fàn)顟B(tài)的記錄和查詢歷史數(shù)據(jù)的記錄和查 NetLinx提供了建立完善解決方案所需的各種工具。詢,此外還可以通過上位機(jī)完成PLC程序的修改和下載等工 NetLinx架構(gòu)不僅提供了 EtherNet/IP, ControlNet、 DeviceNet和作。上位機(jī)和PLC站之間采用10M1M工業(yè)以太網(wǎng)連接并 Foundation fieldbus等網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備,更重要的是, Netlinx架可以通過以太網(wǎng)連接廠級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)還包含了優(yōu)化的面向自動控制的一整套通用的高級軟件接下層為現(xiàn)場控制級,由兩臺具有雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu)的口。這些接口是完全開放的并能保證最為高效的數(shù)據(jù)傳輸ControlLogix主機(jī)組成。主機(jī)和各遠(yuǎn)程O站之間通過高速、開23 Producer/Consumer模式的通信技術(shù)放、確定性的 ControlNet網(wǎng)絡(luò)連接。主機(jī)之間采用雙向冗余的基于開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種新發(fā)明的解決方案一生產(chǎn)者喀客光纜通訊連接。每臺主機(jī)所在的框架中安裝一塊10M100M自戶模式,允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)從單個(gè)的數(shù)據(jù)源存取相同適應(yīng)的 EtherNet/IP網(wǎng)卡,用于連接上位機(jī)以實(shí)現(xiàn)對全廠設(shè)備的的數(shù)據(jù)集中監(jiān)控和對控制器程序的上傳、編輯和下裝。在遠(yuǎn)程UO框生產(chǎn)者客戶模式網(wǎng)絡(luò)的最主要優(yōu)點(diǎn)架中插入一塊 Mod Bus通訊模塊,通訊協(xié)議采用 ModBus總線(1)數(shù)據(jù)源一旦發(fā)送數(shù)據(jù),多個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)接收數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,三臺壓縮機(jī)的控制單元作為 ModBus從節(jié)點(diǎn)掛接在(2)精確的同步化網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備增加,不會增加網(wǎng)絡(luò)的通信Mod Bus總線上由PLC主站執(zhí)行程序完成對壓縮機(jī)的數(shù)據(jù)查量,并且生產(chǎn)者的數(shù)據(jù)可同時(shí)傳輸?shù)剿邢M(fèi)者處。詢和參數(shù)設(shè)置等操作生產(chǎn)者客戶模式網(wǎng)絡(luò)主要支持下述功能控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。(1)組成主從、多主或?qū)Φ韧ㄐ沤Y(jié)構(gòu)(2)組成混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(主從、多主和對等設(shè)備的任意混合)(3)在一條鏈路上信息類型的任意混合顯示報(bào)文發(fā)送數(shù)據(jù)3監(jiān)控系統(tǒng)的熱備冗余配置隨著制造業(yè)競爭的加劇制造商更加追求生產(chǎn)設(shè)備的可靠性,尤其是那些控制關(guān)鍵性生產(chǎn)工序的設(shè)備往往需要采用冗用用余配置。目前,多數(shù)的基于可編程控制器的冗余系統(tǒng)采用了兩套CPU處理器模塊,一個(gè)處理器模塊作為主處理器,另外一個(gè)作為從處理器。正常情況下,主處理器執(zhí)行程序控制MO設(shè)備,從處理器不斷監(jiān)測主處理器狀態(tài)。如果主處理器出現(xiàn)故圖1控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)障,從處理器立即接管對o的控制,繼續(xù)執(zhí)行程序,從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的冗余控制。2開放式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) Netlinx的應(yīng)用下面以羅克韋爾自動化 Allen Bradley品牌 ControlLogix控Rockwell Automation開放式通訊架構(gòu)具有優(yōu)良的效率和制器為例,介紹其冗余系統(tǒng)的構(gòu)建和性能優(yōu)化問題。性能,可以方便地適應(yīng)特殊要求。Ninx架構(gòu)包含了連接制3.1cPU的雙機(jī)、雙電源和雙機(jī)架的冗余造系統(tǒng)和企業(yè)管理系統(tǒng)所有必需的要素。這種從底層(車間級在國內(nèi)外工業(yè)自動化控制領(lǐng)域中,CPU熱備冗余作為提高設(shè)備層)到頂層(制造執(zhí)行系統(tǒng)MES和資源計(jì)劃系統(tǒng)ERP)的通系統(tǒng)可靠的有效手段,日前已被廣泛應(yīng)用。 ControlLogix的硬模式能滿足建立完備系統(tǒng)的需求 Netlinx開放式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)件直接支持CPU的雙機(jī)冗余,不需要用戶編程來實(shí)現(xiàn)冗余切可以提供先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更高的系統(tǒng)性能,利用它所提供的換用戶只需要安裝好硬件和連線然后用軟件簡單組態(tài)一下一整套通用的通訊技術(shù)及其開放式軟/硬件接口,可以將制造層就可以實(shí)現(xiàn)CPU的冗余設(shè)置設(shè)備以多種方式連接至互聯(lián)網(wǎng)。這種技術(shù)充分發(fā)揮了控制和機(jī)架B信息協(xié)議(CP)的優(yōu)勢,并提供了完整的網(wǎng)絡(luò)功能以及標(biāo)準(zhǔn)的軟{硬件接口21與介質(zhì)無關(guān)NetLinx是“與介質(zhì)無關(guān)”的技術(shù),可以根據(jù)具體應(yīng)用要求選擇通訊組件和介質(zhì)。如對于面向信息和控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕鶊D2雙機(jī)架冗余架構(gòu)于 Ethernet TCP/IP的 Ethemet/P,可為確定性控制層選擇如圖2所示,兩個(gè)CPU分別放在機(jī)架A和機(jī)架B同時(shí)掛在ControlNet,為設(shè)備層選擇 DeviceNet,在過程控制方面也可選 ControlNet網(wǎng)絡(luò)上,兩塊冗余模板間通過光纜連接。這樣,在兩擇與 FOUNDATION Fieldbus的連接。 NetLinx架構(gòu)融合了開塊CPU同步后,主CPU和從CPU通過冗余模板進(jìn)行數(shù)據(jù)和程放式技術(shù)和面向過程控制的對象連接與嵌入技術(shù)OPC以及序的同步。當(dāng)主CPU出現(xiàn)故障時(shí)對現(xiàn)場的控制自動轉(zhuǎn)到備用Computer Era No. 9 2009cPU同時(shí)從CPU轉(zhuǎn)為主CPU。故障CPU則可以停電檢修而生產(chǎn)帶來了極大的方便。同時(shí)程序具有暫停復(fù)位停止等功不會影響對現(xiàn)場設(shè)備的控制檢修完成后,又可以自動實(shí)現(xiàn)與能(見圖4)。當(dāng)前主CPU的程序和數(shù)據(jù)的同步而成為備用CPU。由此可見匚分子篩參數(shù)設(shè)主一從的雙CPU冗余配置大大提高了系統(tǒng)的可靠性32冗余的 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)通訊匚步進(jìn)按鈕輸入了上位機(jī)通過 EtherNet/IP協(xié)議與主控制器通訊。為了確保通暫停][復(fù)位[停止訊的穩(wěn)定可靠在系統(tǒng)通訊上采用了雙卡雙網(wǎng)冗余配置在每個(gè)冗余機(jī)架上新增一對ENBT模塊。可以把上位機(jī)兩塊以太網(wǎng)卡匚開關(guān)釁輪出設(shè)置在兩個(gè)不同的網(wǎng)段應(yīng)用 ControlLorⅸx冗余系統(tǒng)別名主題電磁閥切換軟件,可以實(shí)現(xiàn)切換后保持用戶的HM和主控制器繼續(xù)通圖4分子篩時(shí)序圖訊。在 RSLinx軟件中,為主框架上的每個(gè)ENBT模塊分別建立PLC采用程序控制邏輯,當(dāng)需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)一個(gè)別名主題別名主題代表與控制器(主題)通訊的路徑只要修改程序即可因此,靈活性強(qiáng)擴(kuò)展性強(qiáng),同時(shí)給系統(tǒng)維如圖3中所示:護(hù)帶來極大的方便(1)在 ControlLorⅸx冗余系統(tǒng),別名主題指向主控制器的43PLc智能化控制的實(shí)現(xiàn)和特點(diǎn)PLC程序以掃描方式順序執(zhí)行,通過PLC中的定時(shí)器編制(2)切換發(fā)生后別名主題指向新的主控制器的主題。一些時(shí)間脈沖觸發(fā)程序每隔一定時(shí)間發(fā)出一個(gè)脈沖信號去觸發(fā)一段檢測程序系統(tǒng)即實(shí)現(xiàn)了定時(shí)檢測功能分子篩儀控系統(tǒng)采用PLC控制,主要用于執(zhí)行分子篩再生過程中的四個(gè)過程,它能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算----+-------術(shù)運(yùn)算的功能。空壓機(jī)自控系統(tǒng)采用PLC控制,主要用于完成空壓機(jī)在運(yùn)行中工藝過程數(shù)據(jù)的采集機(jī)組啟動停車和參數(shù)越G限報(bào)警控制。以回路調(diào)節(jié)為主順序控制為輔的PLC控制系統(tǒng)主2、HE一中出計(jì)符合機(jī)組啟動和停車的邏輯算法。同時(shí)PLC采用程序控制邏輯,當(dāng)需要對控制邏輯進(jìn)行修改時(shí)只要修改程序即可。因此,系”+1統(tǒng)靈活性擴(kuò)展性強(qiáng)給系統(tǒng)維護(hù)帶來了極大的便利。5結(jié)束語在本空分項(xiàng)目中,空分裝置的控制系統(tǒng)運(yùn)用了 Contrologix圖3 EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)通訊冗余圖的多種編程技術(shù):時(shí)序圖、功能塊、梯形圖和結(jié)構(gòu)化文本,實(shí)現(xiàn)了對整套裝置的數(shù)據(jù)采集、分步處理和分散控制以及集中管理4時(shí)序圖(SFC)控制的分子篩程序的高度自動化控制功能分子篩系統(tǒng)是配套空分設(shè)備用于凈化空氣的成套設(shè)備。系統(tǒng)局地設(shè)備通過1756CNBR網(wǎng)絡(luò)模塊和MV56-MCM分子篩裝置的程序切換系統(tǒng)采用電子切換器進(jìn)行自動控制。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場總線間協(xié)議的轉(zhuǎn)換和互聯(lián),上層管理在干燥器自動再生控制過程中需要對再生過程的卸壓加熱、設(shè)備使用了最為先進(jìn)的以太網(wǎng)技術(shù)主通訊節(jié)點(diǎn)一PLC主站通冷吹、充壓四個(gè)過程的時(shí)間進(jìn)行控制。過以太網(wǎng)網(wǎng)橋模塊ENBT接入交換機(jī),這些技術(shù)措施保證了系4.1硬件配置統(tǒng)的整體通信性能,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備之間以及系統(tǒng)與外界之分子篩系統(tǒng)干燥器和空壓機(jī)自動控制系統(tǒng)需要帶電磁閥、間的實(shí)時(shí)信息交換。同時(shí)由于采用了雙樹雙卡的冗余通訊方接觸器等所以控制器輸出中間繼電器要有一定的接點(diǎn)容量。式,通過四塊1756-ENBT網(wǎng)橋模塊提供四條通訊信道保證我們選用 Rockwell Automation的 Controllorⅸx可編程控制了整套系統(tǒng)通信的可靠性。此方法對同類自動化系統(tǒng)尤其是用于分子篩干燥器工作和再生的自動控制系統(tǒng),其有功能齊對以太網(wǎng)熱備冗余系統(tǒng)有較好的借鑒作用全、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn),且有雙冗余功能。其系統(tǒng)硬件配置緊湊,參考文獻(xiàn)可大大減化布線優(yōu)化沒計(jì),提高設(shè)備的可靠性l酡元?dú)怏w派峰專離工M]化工熏版,2005PLC的開關(guān)量輸出信號用來觸發(fā)繼電器及報(bào)警輸入信號(2李化清朝氯截術(shù)食工蟲私,200用來接收運(yùn)行中的檢測信號和反饋信號,為分子篩儀控系統(tǒng)的獻(xiàn)天制堂專設(shè)備自始化控集的僵針團(tuán)課截本智能化控制提供依據(jù)。2006342系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及編程[4]Rockwell Automation RSView SE User Guide(J). ViewSE-UM003C操作特別增加了步進(jìn)按鈕程序。無論在控制過程的哪一步,R帕312在分子篩干燥器再生控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中,為了方便工藝utomation ControlLoⅸ典↓冗金能用盧手番團(tuán)1756-UM523D-2H,2004.5.只要工藝需要按下步進(jìn)按鈕程序就會自動跳到下一步,這給