雙邊通訊在汽包液位三沖量調(diào)節(jié)中的應(yīng)用

李樹梅

（萊鋼自動(dòng)化部，山東 萊蕪 271104）

1 概述

汽包液位是轉(zhuǎn)爐運(yùn)行監(jiān)控中的一個(gè)重要指標(biāo)，也是汽化冷卻系統(tǒng)中重要的調(diào)節(jié)參數(shù)之一，它反映了轉(zhuǎn)爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系；汽包液位過低會(huì)造成轉(zhuǎn)爐水循環(huán)破壞，影響省煤器運(yùn)行，容易使水全部汽化，燒壞轉(zhuǎn)爐甚至爆炸；汽包液位過高會(huì)造成蒸汽帶水，影響過熱器運(yùn)行。因此要求汽包液位控制在合理的范圍內(nèi)，以適應(yīng)各種工況運(yùn)行的要求。除此之外，液位還會(huì)受到蒸汽負(fù)荷和給水流量波動(dòng)的影響，當(dāng)負(fù)荷突然增大，汽包壓力突然降低，水就會(huì)急劇汽化，出現(xiàn)大量氣泡，形成“虛假液位”。汽包液位的三沖量調(diào)節(jié)可以很好地克服單沖量調(diào)節(jié)虛假液位的影響和雙沖量調(diào)節(jié)靜態(tài)補(bǔ)償困難和給水干擾的問題，是轉(zhuǎn)爐汽包自動(dòng)補(bǔ)水的重要控制技術(shù)。汽包液位三沖量調(diào)節(jié)參數(shù)包括汽包液位、蒸汽流量和給水流量。汽包液位作為被控變量是主沖量信號(hào)，其他為輔助變量，即助沖量信號(hào)。保證信號(hào)在惡劣的工業(yè)環(huán)境中真實(shí)可靠，對(duì)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

2 轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)分為本體、汽化和煤氣回收3個(gè)系統(tǒng)，其中汽化又分為汽化31m和汽化地面兩個(gè)系統(tǒng)。架設(shè)環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)，以光纜作為主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過光纖收發(fā)器、交換機(jī)等進(jìn)行站間通訊，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 系統(tǒng)軟、硬件配置

汽化自動(dòng)控制系統(tǒng)采用2套西門子S7－300系列PLC硬件組成基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，即汽化31m系統(tǒng)和汽化地面系統(tǒng)，完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算、聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)處理及輸出執(zhí)行指令等功能。硬件配置中以太網(wǎng)通訊模塊采用6GK7343－1EX30－0XE0模板，它支持TCP／IP和 UDP傳送報(bào)文、PG／OP通訊、S7通訊和S5兼容通訊等。上位機(jī)安裝 WinCC6．2監(jiān)控軟件，操作系統(tǒng)為 Windows 2000，使用STEP V5．3編程軟件。

圖1 轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

4 汽包三沖量調(diào)節(jié)原理

汽包三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是指汽包液位、蒸汽流量和給水流量3個(gè)信號(hào)共同作用于調(diào)節(jié)閥上。汽包液位作為主控信號(hào)，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，調(diào)節(jié)閥的輸出信號(hào)隨之發(fā)生變化；為防止虛假液位使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生誤動(dòng)作，使用蒸汽流量作為前饋信號(hào)；為穩(wěn)定給水流量，消除內(nèi)擾，使用給水流量信號(hào)作為反饋信號(hào)。

根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)選擇主、副控制器正反作用的原則，水位控制器反作用，流量控制器正作用。當(dāng)水位擾動(dòng)升高時(shí)，水位控制器反作用，輸出下降，調(diào)節(jié)閥開度減小，給水流量隨之減小，水位下降，保持在設(shè)定值上。當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)給定值增加而輸出減小，調(diào)節(jié)閥開度增加，給水流量增加，保持水蒸氣平衡。三沖量調(diào)節(jié)克服了給水自身的擾動(dòng)，減少了調(diào)節(jié)之后的時(shí)間，消除了給水管道上的壓力波動(dòng)，進(jìn)一步穩(wěn)定了水位的自動(dòng)控制，從而保持了水蒸氣的平衡。

5 雙邊編程的實(shí)現(xiàn)

汽包液位、蒸汽流量和給水流量作為三沖量調(diào)節(jié)的3個(gè)重要參數(shù)就近引入汽化31mPLC系統(tǒng)監(jiān)控，而調(diào)節(jié)閥的控制在汽化地面PLC中實(shí)現(xiàn)，需將3個(gè)參數(shù)引入汽化地面PLC中才可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)閥的三沖量控制。若直接傳輸模擬信號(hào)，由于電壓型模擬信號(hào)輸入端內(nèi)阻很高，極易受干擾，而且對(duì)磁場(chǎng)環(huán)境要求高，因此傳輸距離受限達(dá)不到要求。若傳輸電流型模擬信號(hào)，雖然不易受電磁干擾，也比電壓型傳輸距離遠(yuǎn)，但傳輸距離會(huì)受輸出端帶載能力、輸入端內(nèi)阻和傳輸線的靜態(tài)電阻值等的影響，若傳輸距離過長(zhǎng)也會(huì)造成信號(hào)衰減，引入干擾。

綜上考慮，為保證模擬信號(hào)的質(zhì)量、汽化系統(tǒng)的安全及方便日后維護(hù)，本設(shè)計(jì)在目前環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上，使用ISO－on－TCP連接方式的雙邊通訊實(shí)現(xiàn)PLC間的模擬量傳輸。

ISO－on－TCP屬S5兼容通訊，該通訊服務(wù)是一個(gè)高效的通訊協(xié)議，適合中等或大量的數(shù)據(jù)傳輸，可高達(dá)8 192個(gè)字節(jié)。數(shù)據(jù)傳輸具有面向消息、能夠路由且數(shù)據(jù)長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)可變等優(yōu)點(diǎn)。

5．1 網(wǎng)絡(luò)配置

在汽化地面和汽化31m的硬件配置中分別建立以太網(wǎng)連接，設(shè)置IP地址、子網(wǎng)掩碼并編譯下載。將這兩個(gè)系統(tǒng)存放在同一項(xiàng)目中，打開NetPro網(wǎng)絡(luò)配置，選中汽化地面CPU，在“插入新連接”對(duì)話框中，將Connection Type設(shè)置為ISO－on－TCP connection，Station設(shè)置連接伙伴為汽化31m系統(tǒng)的CPU，應(yīng)用后顯示如圖2所示畫面，其中塊參數(shù)中的標(biāo)識(shí)號(hào)和LADDR信息將在后面的編程中使用，勾選“激活連接的建立”，這樣在“地址”選項(xiàng)中就可以看到通信雙方的IP地址和占用的端口號(hào)。

圖2 汽化31m連接屬性

在NetPro中選中汽化地面的CPU，由于是雙向鏈接，因此在下面的窗口會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)生成的該站點(diǎn)一側(cè)的連接表，可打開如圖3所示的畫面，此處不可選中“激活連接的建立”。

將網(wǎng)絡(luò)配置保存并編譯，分別下載到汽化31m和汽化地面的PLC中，至此網(wǎng)絡(luò)配置工作完成。

5．2 使用 AG＿SEND／AG＿RECV雙邊編程

首先在汽化31m系統(tǒng)的OB35中，從Libraries中調(diào)用CP300下的FC5（AG＿SEND）發(fā)送數(shù)據(jù)指令。

圖3 汽化地面連接屬性

調(diào)用FC5程序如下：

CALL“AG＿SEND”

ACT：＝DB3．DBX12．0／／DB3．DBX12．0為1時(shí)，激活發(fā)送任務(wù)

ID：＝3／／與圖2的標(biāo)識(shí)號(hào)一致

LADDR：＝W＃16＃1FFE／／CP的地址與圖2的LADDR值一致

SEND：＝P＃DB3．DBX0．0BYTE 12／／發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)地址，指針類型，指向DB3．DBX0．0開始的12個(gè)字節(jié)。

LEN：＝DB3．DBW6／／發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

DONE：＝DB3．DBX12．1／／DB3．DBX12．1為1時(shí)，發(fā)送完成

ERROR：＝ DB3．DBX12．2／／DB3．DBX12．2為1時(shí)，有故障發(fā)生

STATUS：＝DB3．DBW4／／狀態(tài)代碼

其次在汽化地面系統(tǒng)的OB35中，從Libraries中調(diào)用CP300下的FC6（AG＿RECV）接收數(shù)據(jù)指令。

調(diào)用FC6程序如下：

CALL“AG＿RECV”

ID：＝1／／與圖3的標(biāo)識(shí)號(hào)一致

LADDR：＝W＃16＃O100／／CP的地址與圖3的LADDR值一致

RECV：＝P＃DB2．DBX0．0BYTE 12／／接收數(shù)據(jù)區(qū)地址，指針類型，指向DB2．DBX0．0開始的12個(gè)字節(jié)。

NDR：＝DB4．DBX0．0／／DB4．DBX0．0為1時(shí)，接收新數(shù)據(jù)

ERROR：＝ DB4．DBX0．1／／DB4．DBX0．1為1時(shí)，有故障發(fā)生

STATUS：＝ DB4．DBW12／／狀態(tài)代碼

LEN：＝DB4．DBW14／／接收到的實(shí)際數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

6 結(jié)束語(yǔ)

環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸提供了一條冗余鏈路，提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性和實(shí)效性。在此基礎(chǔ)上建立的雙邊通訊，信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離長(zhǎng)，可最大限度地滿足汽包液位調(diào)節(jié)中對(duì)模擬信號(hào)的高可靠性和穩(wěn)定性的要求，可廣泛用于現(xiàn)場(chǎng)PLC間的信號(hào)傳輸及控制系統(tǒng)。

［1］ 曹志剛．現(xiàn)代通訊原理［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2003．

［2］ 廖常初．西門子工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)組態(tài)編程與故障診斷［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009．

［3］ 楊乃喬．液力調(diào)速與節(jié)能［M］．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2000．