煤化工廠備煤皮帶PLC系統網絡通信優化

舒春紅

（攀鋼煤化工廠 四川攀枝花）

攀鋼煤化工廠備煤生產系統是該廠原料煤接受和貯存、煤調濕、配煤和粉碎的重要工序，其中備煤皮帶自動化控制系統采用施耐德昆騰系列CPU控制器組成PLC控制系統（以下簡稱備煤PLC系統），是整個備煤生產工序正常生產的關鍵。

一、備煤PLC系統

以施耐德Unity控制編程平臺和Citect網絡控制體系為核心，提供了1個由計算機、以太網、PLC、現場總線、現場在線采集組成的多級、開放、模塊化、實時多任務、集散型、可擴展的數據采集和監控系統。該系統采用集成工業現場總線、控制總線和高速以太網組成的多層體系結構，整個PLC網絡通信系統主要分為兩層。

1.工業以太網控制層（圖1）

該層以網絡交換機為中心，采用TCP/IP通信協議和Internet/Intranet系統架構，網絡系統對內通信，數據吞吐率100Mbps。硬件部分主要是四期集控室安裝的西雅特Citect、Unity軟件的工控機、服務器及配套網絡傳輸線路、數據交換設備，實現系統的數據采集、監測控制、通信、顯示及生產管理調度等功能。

2.PLC控制層

該層以施耐德Unity平臺為控制核心，將分布在各工序之間的施耐德PLC和集控室監控計算機通過網絡相連，實現控制信號的高速傳輸。PLC自動監測設備的運行狀態和工藝參數變化，并對設備進行自動控制。硬件主要是施耐德PLC、光纖中繼器、工業以太網交換機等設備。根據工藝流程，全備煤共設4套施耐德PLC控制系統。

圖1 備煤工業以太網控制結構

（1）備煤二期皮帶PLC控制系統（圖1中二期集控室部分）。主要控制3#煤塔、一二期儲煤槽、配煤盤、二系粉碎機配套的二期皮帶設備。該站PLC系統由1塊CPU模板控制，分為本地主站和本地分站兩個底板的設備，每個底板帶1塊電源模塊，通過主站通信模板和子站通信模板之間的同軸電纜連接實現RIO通信（單通道）連接。該網絡通信基于輸入/輸出分散式網絡技術S908，最多可配置31個分散工作站，每個工作站可支持最多64個輸入/64輸出字。整個二期皮帶PLC控制系統通信由以太網通信模塊連接以太網交換機到上位機實現控制，通過光纖到備煤三期集控室交換機后實現與備煤四期集控室計算機控制系統的通信。

（2）備煤三期皮帶PLC控制系統（圖1中3#電磁站部分）。主要控制3#翻車機、煤場、三期儲煤槽、配煤盤、一系粉碎機、4#煤塔配套的皮帶設備。整個PLC系統設備分布在1#電磁站、2#電磁站、3#電磁站（主站）和7#電磁站等4個電磁站。有1個本地主站和2個本地分站，6個遠程分站共9塊底板的設備，每個底板帶1塊電源模塊。整個PLC系統由3#電磁站的CPU模塊控制。PLC系統和遠程站之間的RIO通信由主站（單通道）通信模板，通過中繼器帶單路光纖電纜串接到各電磁站的子站（單通道）通信模板，實現主站和各遠程子站之間的通信。整個三期PLC控制系統與上位機的通信由3#站的以太網通信模塊通過光纖交換機，接兩路光纖電纜（冗余）到備煤四期集控室的光纖交換機，實現與四期備煤集控室控制系統的通信。

（3）備煤四期皮帶PLC系統（圖1中四期集控室部分）。主要控制4#翻車機、5#煤塔、四期儲煤槽、預粉碎機等設備的配套皮帶設備。該PLC系統設備分布四期集控室、預粉碎機電磁站、41#電磁站、45#電磁站和B309#電磁站等5處。整個PLC系統有2個CPU主站底板、4個本地分站和6個遠程分站共11塊底板的設備，每個底板均帶2塊電源模塊（冗余）。四期CPU使用Modicon Quantum Unity熱備系統，兩個671型CPU（冗余）配置相同硬件和程序，1個CPU作為主控制器，另1個即為備用控制器。PLC系統和遠程站之間的RIO通信由CPU主站的（雙通道）通信模板，分別通過中繼器后，兩路光纖（冗余）電纜串接到各電磁站的分站（雙通道）通信模板，實現主站和各個遠程分站之間的通信。PLC控制系統與上位機的通信由兩個以太網（冗余）通信模塊通過交換機接入四期備煤集控室上位機進行控制。

（4）煤調濕PLC系統（圖1中45#電磁站部分）。主要控制煤調濕系統的數據采集、監測、控制及配套的皮帶設備。該PLC系統同樣是雙CPU熱備系統，兩個671型CPU（冗余）配置相同硬件和程序，和兩個本地分站的I/O設備，每個底板都有雙電源模塊冗余。PLC控制系統與上位機的通信由兩根網線通過以太網通信模塊連通交換機光纖冗余接入四期備煤集控室上位機。該站同時轉接B309電磁站四期皮帶的通信光纜。

二、存在問題及分析

1.二、三期備煤PLC系統

二、三期PLC系統均為2004-2005年1#、2#焦爐易地大修時改造和新建的備煤皮帶PLC控制系統，采取相同設計，選用低端CPU（434、534 型 CPU），且 CPU、電源、RIO 通信、以太網通信未進行冗余設計。系統運行的安全性和可靠性較低。尤其是通信環節薄弱，三期PLC系統遠程分站多，跨度大（兩次跨越鐵路線，3#電磁站至7#電磁站，7#電磁站至煤場2#電磁站），通信距離遠，通信線路所在現場環境復雜，既有高空也有地下，高危險、高腐蝕。極易造成通信中斷，影響整個備煤生產系統及煉焦生產。

2.四期和煤調濕PLC系統

四期和煤調濕PLC系統是2007-2008年3#、4#焦爐易地大修配套新建的PLC集中控制系統。系統配置較新，CPU、電源、RIO通信及以太網通信均進行可靠的冗余設計，通信距離短，現場環境相對較好。安全性較高，運行可靠，穩定。經多年運行觀察，未發現明顯薄弱環節。

3.PLC控制系統相互關系

整個備煤PLC控制系統，雖然具有獨立的4套PLC控制系統，但這些系統通過不同的生產料線，相互影響，有極強關聯性，任何一套PLC發生故障，都將影響整個生產系統的生產組織和安排協調。因此必須保障備煤PLC系統的安全可靠運行。

三、備煤PLC系統改進優化

1.二三期PLC系統增加電源和RIO通信冗余

（1）拆除主站和分站底板上的空模塊，增加1塊140CPS11400電源模塊實現冗余。保證每個PLC工作站為雙電源供電，提高電源安全性。

（2）將現有單通道主站通信模板（140CRA93100）和子站通信模板（140CRP93100）更換為雙通道主站通信模板（140CRA93200）和子站通信模板（140CRP93200）。將主站和子站通信方式升級為雙通道方式，提高站間RIO通信可靠性。和四期設備同型號，減少備件占用量。

2.三四期PLC控制系統構建RIO光纖通信環網

利用三四期PLC系統RIO通信模板（140CRX93200）間的光纖中繼器（490NRP95400）的光纖冗余功能，將光纖電纜連接成環網，分別構建成三四期RIO光纖通信環網，提高PLC系統內部數據通信安全，保證設備可靠運行。

（1）構建三期PLC系統RIO數據通信環網（圖2），在現有基礎上增加煤場1#電磁站到 3#電磁站間的RIO通信光纜，沿煤場大皮帶-A113皮帶-A114皮帶-A115皮帶-A121皮帶-3#電磁站鋪設，長度約1.5km。

（2）建設四期PLC系統RIO數據通信環網，需增加四期集控室到B309電磁站光纖電纜兩路，沿5#煤塔周邊皮帶料線鋪設，長度約1km。

圖2 RIO站間數據通信光纖環網結構

3.工業以太網控制層的環網建設

將現有二三四期PLC以太網控制層總線分支拓撲結構修改為環形拓撲結構。利用施耐德光纖交換機（499NOS17100）即可光纖冗余，又可構建自愈環網帶的功能，以光纖為通信介質，組建工業以太網，形成自愈環網的網絡結構（圖3）。當環網發生1個光纖斷點時，施耐德交換機仍能使網絡正常工作，保證生產安全。若利用施耐德公司工業以太網網絡診斷軟件ConneXiumTM還能在系統運行過程中及時發現并處理網絡故障。

圖3 以太網自愈環網

攀鋼煤化工廠備煤皮帶PLC系統優化后，整個系統運行安全穩定，能夠及時掌握全系統運行工作狀態。提高設備運行的自動化程度，降低了設備的維護費用，對生產安全穩定起到良好的促進作用。