PLC在台塑热电室内煤场改造工程中的应用

摘要：介绍美国罗克韦尔自动化可编程序控制器PLC-5组成的控制系统，改造为ControlLogix系统时碰到的技术问题和解决方法。
关键词：ControlLogix 设备网 程序变换
1 引 言
　　台塑集团热电（宁波）有限公司系由台塑关系企业台湾化学纤维股份有限公司通过英属开曼群岛台化投资（开曼）有限公司独资建设。作为台塑石化专区的自备热电厂，配备有3套150兆瓦燃煤抽凝发电机组。为了适应台塑石化专区的生产需求，每套机组配备了每小时500吨蒸汽锅炉及150兆瓦的发电机组，用于为石化专区内的各个工厂提供生产所需的蒸汽、工业用水以及电力。
　　室内煤场是一个大型的煤中转站，该煤场每天提供3200吨燃烧用煤。
　　煤场由入煤、布煤、挖煤和出煤四个子系统组成。①入煤：通过一系列传动皮带将煤从停靠在码头的船仓输送到室内煤场的入口，同时将大块煤进行初步粉碎处理；②布煤：通过传动皮带将煤提升到室内几十米高处，再沿着特定的漏斗落到地面，堆积成金字塔形状，当煤层堆积到设定高度后，漏斗向前移动一定距离，继续布煤，最后，在地面上形状类似水平放置的三菱尺一样的煤山；③挖煤：将上述堆积成形的煤，按预定的速度和方向一层一层的扒到输送皮带上；④出煤：进一步将煤粉碎，把挖煤机扒到皮带上的煤输送到锅炉燃烧口。
　　整个控制系统由SLC500、PLC-5和1793远程I/O组成，通过RSView32实时监控系统实现煤场的全自动无人操作。
　　PLC-5和1793远程I/O是罗克韦尔自动化早期产品，目前已经停产，这给设备正常维修带来极大困难。为此需要将PLC-5和1793远程I/O组成的系统（图1）改造为ControlLogix和1794 I/O系统（图2）。

图1 室内煤场控制系统（改造前）

图2 改造后的设备网
2 工程特点和施工策略
2.1 工程特点
　　(1)现场施工时间短
　　为确保电厂正常发电，要求在一周天内完成整个改造工程
　　(2)技术领域广
　　涉及到设备网组网技术，SLC500、PLC-5、ControlLogix三种PLC的编程及PLC之间的通信技术，RSView32上位机监控技术和触摸屏控制技术。
2.2 施工策略
　　(1)策略1：做好全面、深入的技术准备工作
　　在实验室搭建模拟装置，变换后的所有程序都必须通过模拟试验（包括I/O测试，连锁测试）
　　利用备件（编码器，变频器等）在实验室组态设备网，进行数据映射实验
　　在熟悉PLC-5和1793模块资料基础上，绘制详细的现场接线工艺图
　　(1)策略2：统一指挥，分工合作
　　将施工人员分为2组，同时进行：
　　第1组：现场接线安装，第2组：控制室编程和修改RSView32图控程序。
　　由于采取了上述措施，使工程如期圆满完成。
3 主要技术问题
　　在选择替换模块时需要考虑：传感器或负载的性质（灌入和拉出）；公共接点；模拟量模块的精度和分辨率。
　　系统程序原来用RSLogix5软件编制，改造工程首先要将PLC-5程序转换为ControlLogix程序，可以利用RSLogix5000自带的变换工具完成[1]，变换的正确性是肯定的。但变换并不完整，一些重要功能需要人工完成，如I/O地址映射，设备网地址映射，MSG指令等，另外，在Logix5000中找不到对应指令时（如BTR，BTW，INV），需要根据逻辑关系自行处理。
　　特别要注意：PLC-5是16位数据格式INT，ControlLogix是32位数据格式DINT，在编程时注意地址偏移量。
3.1 I/O地址映射
　　图1中，PLC-5为1/2槽寻址，需要把物理I/O映射到变换地址中，以布煤机为例，PLC-5和1756模块的I/O对应关系见表1，对应梯形图程序见图3，4。
表1 I/O对应关系


图3将布煤机第1个1771-IBN映射到1756-IB32

图4 将布煤机1771-OBN映射到1756-OB32
3.2 设备网数据映射
　　1771-SDN设备网扫描器模块共有6个输入/输出存储块[2]，分别是Block Xfer62至Block Xfer57,共计357个输入字和357个输出字。如表2所示。
表2 1771-SDN

　　今使用Block Xfer62存储块，因此，输入数据映射到N10:0至N10:61;输出数据映射到N11:0至N11:61.见图5（说明：触摸屏使用Block Xfer 61存储块）。

图5 A网和B网改造前输入/输出数据映射
　　1756-DNB设备网扫描器模块输入/输出为124个双字和123个双字，分别映射到Local:2:I.DATA[0]至Local:2:I.DATA[123]和Local:3:O.DATA[0]至Local:3:O.DATA[122]　　图6，7，8为设备网改造后数据映射

图6 改造后A网络输入映射

图7 改造后A网络输出映射

图8 改造后B网络输入/输出映射
　　根据设备网B改造前后数据映射，编写相关传送指令，如图9示：

图9将挖煤机1794-IB16数据映射到N10[20]
　　图10 ，11，12为改造前、后的网络。

图10 改造前的网络

图11 改造后A网络

图12 改造后B网络
3.3 CPU之间的通信
　　读懂原程序各子系统之间的数据通信是本次改造工程成败的关键。在仔细阅读原程序基础上，可以得到如图13示各个子系统之间数据传递关系。

图13 PLC之间的通信
　　由于PLC类型不同，因此使用了三种通信指令，如表3所示。
表3 三种通信指令

　　在ControlLogix系统中CPU之间的参数传递既可以通过MSG指令实现，也可以通过定义生产者/消费者标签实现，本工程采用后一方式。
　　以布煤机和挖煤机通信为例，按两步进行：
　　第1步：在布煤机程序中定义N15[0]为生产者，定义N14[0]为消费者；在挖煤机程序中定义N16[0]为生产者，定义N14[0]为消费者；
　　第2步：在布煤机和挖煤机的I/O配置中，分别添加对方的以太网通信模块和CPU（见图14,15）：

图14 布煤机I/O配置

图15 挖煤机I/O配置
3.4 监控画面
　　对监控画面的改造主要是改造数据库，有两种方法来实现。
　　(1)第一种方法是
　　可按3步进行：
　　第1步：新建OPC Server，取代原Direct Drive（直接驱动）
　　第2步：新建数据库，将原来的TAG复制到新的节点地址内
　　第3步：修改画面中每一个TAG路径
　　(2)第二种方法是
　　可分2步进行：
　　第1步：新建OPC Server，取代原Direct Drive（直接驱动）
　　第2步：修改数据库节点名称，并将原程序地址改为转换后的程序地址。
　　图16，17，18为室内煤场监控画面：

图16 室内煤场监控系统主画面

图17 布煤机监控画面

图18 挖煤机监控画面
4 结束语
　　RSLogix5000自带的变换工具可以完成绝大部分程序转换工作，安全可靠，不但大大减轻了工程师的劳动强度，而且使他们可以腾出精力，安心地去处理不能自动转换的功能。
　　改造工程的顺利完成，再次证明Rockwell Automation集成架构具有强大的生命力。
参考文献
[1]Rockwell Automation:Converting PLC-5 or SLC500 Logic to Logix-Based Logic
[2] Rockwell AutomationLC-5 DeviceNet Scanner Module 1771-SDN User Manual