1.引言
    隨著工業(yè)自動化控制技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的突飛猛進，工業(yè)自動化已經(jīng)滲透到各行各業(yè)的生產(chǎn)當中。羅克韋爾自動化公司的自動化產(chǎn)品十幾年來在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是ControlLogix系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到全國各行業(yè)的實際生產(chǎn)中。本文介紹了焦爐的部分除塵系統(tǒng)的工藝流程并應(yīng)用ControlLogix系統(tǒng)對該系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。

2.基本工藝
    該工程是某化工廠焦爐工程的裝煤和出焦除塵系統(tǒng)。由于在裝煤過程中及出焦過程中會產(chǎn)生大量灰塵及有害氣體，必須通過除塵系統(tǒng)將它們凈化，從而減少它們對環(huán)境的污染。

    該系統(tǒng)分為裝煤和出焦除塵系統(tǒng)。裝煤除塵系統(tǒng)是在裝煤過程中啟動其除塵設(shè)備，出焦除塵系統(tǒng)在出焦過程中啟動其除塵設(shè)備。

    除塵系統(tǒng)大致可分為風機系統(tǒng)、清灰系統(tǒng)和輸灰系統(tǒng)。

    風機系統(tǒng)包括高壓風機、液力偶合器、風機入口閥、水冷系統(tǒng)以及保護風機的監(jiān)測儀表（軸承溫度、電機定子溫度、軸承震動、液力偶合器進、出油溫度，壓力等）；清灰系統(tǒng)由停風閥，脈沖控制閥，倉壁振動器，雙層排塵閥組成；輸灰系統(tǒng)由刮板機和斗式提升機組成。

    當開始裝煤時，風機的液力偶合器運行至高位，風機進入高速運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)進入強除塵狀態(tài)；當停止裝煤時，清灰系統(tǒng)啟動，系統(tǒng)進入清灰狀態(tài)，同時風機的液力偶合器運行至低位，風機進入低速運轉(zhuǎn)；輸灰系統(tǒng)則一至運轉(zhuǎn)，避免由于頻繁啟動而損壞設(shè)備。

3. 系統(tǒng)配置
    ControlLogix控制系統(tǒng)
    ControlLogix控制系統(tǒng)以微處理器為核心，把先進的控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、CRT技術(shù)與現(xiàn)場儀表有機地結(jié)合起來，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視、集中操作和分散控制，為生產(chǎn)提供了強有力的保證。由于該系統(tǒng)的內(nèi)存量、控制器個數(shù)和網(wǎng)絡(luò)類型可以根據(jù)具體應(yīng)用來選擇，所以相對于其他可編程控制系統(tǒng)而言，其結(jié)構(gòu)更加靈活，使用更為方便。它能夠完成各工藝設(shè)備的電氣自動控制和操作、順序邏輯控制、儀表模擬量監(jiān)控、回路調(diào)節(jié)等功能；同時，可以實現(xiàn)工藝過程信息進行檢測、記錄及數(shù)據(jù)的初步處理，執(zhí)行設(shè)備運轉(zhuǎn)控制及工藝過程自動調(diào)節(jié)、越限報警等功能。
    本控制系統(tǒng)主要包括：
    1） ControlLogix控制系統(tǒng)的控制器Logix5555
    Logix5555控制器是32位總線的控制器。它可以安裝于框架內(nèi)的任何槽位每個框架可安裝多個控制器，該控制器不僅可以控制和組態(tài)本地框架內(nèi)的輸入輸出模板，還可以控制和組態(tài)網(wǎng)絡(luò)上任何遠程框架上的輸入輸出模板。另外，Controllogix系統(tǒng)具有極強的模擬量和回路調(diào)節(jié)處理能力，先進的Producer/Consumer通訊和多任務(wù)控制模式，使回路調(diào)節(jié)的實時性更強，I/O通訊速度更快。

    2） 控制網(wǎng)絡(luò)ControlNe
　Controllogix控制系統(tǒng)的ControlNet網(wǎng)打破了PLC系統(tǒng)傳統(tǒng)的Souce-Destination（源-目的地）的點對點和巡檢的通訊模式，而采用了現(xiàn)進的Producer-Consumer（生產(chǎn)-消費）的通訊模式。其支持計劃性信息和非計劃性信息的傳輸，用ControlNet取代了以往多種主控網(wǎng)和現(xiàn)場網(wǎng)的功能。并具備了對實時性數(shù)據(jù)傳遞的確定性，可重復性和實時性要求。ControlNet和ControlLogix框架的連接由模板CNB或CNBR來實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)用75Ω同軸電纜組成，網(wǎng)絡(luò)每段最大傳輸距離1000M，段與段之間用中繼器可以延伸網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達到5M/秒，既可以組成單獨通訊網(wǎng)絡(luò)，也可以組成冗余通訊網(wǎng)絡(luò)。ControlNet網(wǎng)絡(luò)配置的特點是無論是CPU框架還是遠程擴展框架均由CNB（CNBR,冗余配置）模塊掛在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，然后由軟件進行管理擴展模塊的歸屬，這一特點使網(wǎng)絡(luò)的擴展和走線十分靈活。

    3） I/O模板:
    本系統(tǒng)的I/O模板有以下模塊組成：
    （1）1756-IB32, 32路隔離直流數(shù)字量輸人模板，接收來自現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量信號。
    （2） 1756-OB16E, 16路隔離數(shù)字量直流24V輸出模板，用于控制中間繼電器線圈。
    （3）1756-IF16，16路單端或8路差分輸入模板，接收來自現(xiàn)場檢測裝置的電流或電壓信號。
    （4） 1756-IR6I，6路隔離的熱電阻輸入模板，用于接收現(xiàn)場的熱電阻的溫度信號。

    4） 人機界面
    人機接口操作系統(tǒng)硬件由工控機和和內(nèi)置的1784-PCIC卡組成。軟件主要有組態(tài)編程軟件Logix5000，通訊軟件RSLinx，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RSNetworx,畫面監(jiān)控軟件RSView32，每臺上位機同時具備操作站和工程師站功能，可在線切換。RSView32提供友好的人機界面和方便的操作方式。畫面包括：流程畫面、趨勢顯示、報警顯示、報表畫面等標準功能畫面。操作站/監(jiān)視站與ControlLogix系統(tǒng)之間以O(shè)PC的方式通訊。

    ControlLogix控制系統(tǒng)硬件配置如圖1所示。

圖1  系統(tǒng)硬件配置圖

4 軟件設(shè)計
    在RSLogix5000程序設(shè)計中，程序設(shè)計采用模塊化設(shè)計，即一個設(shè)備一個子程序塊，設(shè)備的邏輯控制，故障判斷，人機界面中顯示，都設(shè)計在該子程序中，模擬量處理單獨一個子程序，特殊功能采用專用子程序。所有的這些子程序在主程序中調(diào)用。每個設(shè)備程序都非常清晰，在進行設(shè)備維護時，可以快速的找到相關(guān)設(shè)備，非常容易查找設(shè)備故障原因，提高了設(shè)備維護效率，從而提高生產(chǎn)效率。
如圖2所示：

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圖2  在RSLogix5000編程軟件中程序結(jié)構(gòu)

    在RSView32設(shè)計中，為了方便用戶，設(shè)計了設(shè)備狀態(tài)畫面，用于檢查設(shè)備狀態(tài)是否正常，設(shè)計了啟動條件畫面，用于檢查條件是否滿足。在啟動條件畫面及設(shè)備狀態(tài)畫面中，紅色圓圈表示條件滿足，綠色則表示條件不滿足。如圖3所示：

圖3  在RSVIEW 32人機界面軟件中畫面

         

    圖4這兩個分別是裝煤除塵和出焦除塵的操作面板，系統(tǒng)的操作是通過它來完成的。當前裝煤除塵操作面板顯示了面板上的所有按鈕，當前出焦除塵操作面板上有系統(tǒng)啟動按鈕未顯示。這是提醒操作員，當系統(tǒng)啟動條件不滿足時，不能啟動系統(tǒng)。當條件滿足時，系統(tǒng)啟動按鈕就顯示出來，操作員才可以啟動系統(tǒng)。同樣，當處于輸灰自動狀態(tài)時，輸灰手動啟動按鈕和輸灰手動停止按鈕，就不顯示了。按鈕紅色表示當前的狀態(tài)。例如圖所示，禁止自動按鈕是紅色，則表示當前是處于禁止自動的狀態(tài)。

    在畫面中，設(shè)計以下基本符號來表示設(shè)備的狀態(tài)。

    符號表示帶雙限位的氣動閥門,它有以下幾種狀態(tài)： ○1灰色表示氣動閥不動作,也不在限位上的狀態(tài)；○2紅色閃爍表示氣動閥處于正在打開,還沒有到達限位的狀態(tài)；○3紅色表示氣動閥處于打開狀態(tài),并已經(jīng)到達限位的狀態(tài)；○4綠色表示氣動閥處于關(guān)閉狀態(tài),并已經(jīng)到達限位的狀態(tài)； ○5黃色閃爍表示氣動閥處于故障狀態(tài)。

    在本系統(tǒng)中,它表示雙層排塵閥和非常閥。
    符號表示帶雙限位的電動閥門,它有以下幾種狀態(tài)：○1灰色表示電動閥不動作,也不在限位上的狀態(tài)；○2紅色閃爍表示電動閥處于正在打開,還沒有到達限位的狀態(tài)；○3紅色表示電動閥處于打開狀態(tài),并已經(jīng)到達限位的狀態(tài)； ○4綠色閃爍表示電動閥處于正在關(guān)閉,還沒有到達限位的狀態(tài)；○5綠色表示電動閥處于關(guān)閉狀態(tài),并已經(jīng)到達限位的狀態(tài)；○6黃色閃爍表示電動閥處于故障狀態(tài)。

    在本系統(tǒng)中,它表示風機入口閥和裝煤除塵滲冷風閥及液力偶合器。
    符號表示不帶限位的電磁閥,它有以下幾種狀態(tài)： ○1紅色表示電磁閥處于打開狀態(tài)； ○2綠色表示電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)； ○3黃色閃爍表示電磁閥處于故障狀態(tài)。 

    在本系統(tǒng)中,它表示裝煤除塵預(yù)噴涂格式閥及預(yù)噴涂流態(tài)化電磁閥和預(yù)噴涂下部電磁閥。
    符號表示電機, 它有以下幾種狀態(tài)：○1紅色表示電機處于運行狀態(tài)； ○2綠色表示電機處于停止狀態(tài)； ○3黃色閃爍表示電機處于故障狀態(tài)。

    在本系統(tǒng)中,它表示風機、震動器、水泵及刮板機和斗提升機。
    是系統(tǒng)工藝參數(shù)顯示，當出現(xiàn)超限參數(shù)時，參數(shù)上方的文字會變成黃色閃爍的狀態(tài)，從而提醒操作員——有工藝參數(shù)超限了。

    另外，利用RSView32中的趨勢功能和報警功能設(shè)計了趨勢畫面和報警畫面。這樣，用戶可以方便的查找一些工藝參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)和報警事件及其時間，大大地提高了用戶維護設(shè)備的效率。

   通過以上設(shè)計思想，操作員非常容易、安全進行操作。
    以下是基本操作步驟：
    第一步 設(shè)備就位。將所有參與電氣控制的設(shè)備送上電，再將現(xiàn)場所有操作箱的旋鈕旋至集中位置。
    第二步 檢查條件。在主畫面裝煤除塵和出焦除塵的操作面板上，點擊設(shè)備狀態(tài)按鈕，彈出設(shè)備狀態(tài)畫面，檢查設(shè)備狀態(tài)是否正常。再點擊啟動條件按鈕，彈出啟動條件畫面，檢查條件是否滿足。
    第三步  啟動系統(tǒng)。點擊允許自動按鈕，設(shè)備處于允許自動狀態(tài)，系統(tǒng)啟動按鈕顯示出來，點擊系統(tǒng)啟動按鈕，彈出一對話框，點擊確定按鈕，系統(tǒng)就開始自動啟動。
    通過以上的設(shè)計，系統(tǒng)運行至今，可靠、穩(wěn)定、安全、方便，滿足了用戶生產(chǎn)、維護、操作的要求。

5  結(jié)束語
    ControlLogix系統(tǒng)采用模塊化的結(jié)構(gòu), 通過背板實現(xiàn)模塊間信息的高速傳送；帶控制器模塊的系統(tǒng)，作為先進的控制平臺不僅具有先進的通訊能力和最新的I/O技術(shù)，為實際應(yīng)用提供了靈活的、方便的應(yīng)用。該系統(tǒng)是集計算機技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的系統(tǒng)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、軟件及主要技術(shù)環(huán)節(jié)的設(shè)計，都實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動控制，提高了生產(chǎn)效率。

    在自動控制系統(tǒng)設(shè)計時遵循了以下原則:系統(tǒng)運行高效、可靠，軟件操作容易、維護簡單，設(shè)備檢修快捷，系統(tǒng)擴展方便、性價比最優(yōu)。