雙邊通訊在汽包液位三沖量調節(jié)中的應用

李樹梅

（萊鋼自動化部，山東 萊蕪 271104）

1 概述

汽包液位是轉爐運行監(jiān)控中的一個重要指標，也是汽化冷卻系統(tǒng)中重要的調節(jié)參數(shù)之一，它反映了轉爐負荷和給水的平衡關系；汽包液位過低會造成轉爐水循環(huán)破壞，影響省煤器運行，容易使水全部汽化，燒壞轉爐甚至爆炸；汽包液位過高會造成蒸汽帶水，影響過熱器運行。因此要求汽包液位控制在合理的范圍內，以適應各種工況運行的要求。除此之外，液位還會受到蒸汽負荷和給水流量波動的影響，當負荷突然增大，汽包壓力突然降低，水就會急劇汽化，出現(xiàn)大量氣泡，形成“虛假液位”。汽包液位的三沖量調節(jié)可以很好地克服單沖量調節(jié)虛假液位的影響和雙沖量調節(jié)靜態(tài)補償困難和給水干擾的問題，是轉爐汽包自動補水的重要控制技術。汽包液位三沖量調節(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，其他為輔助變量，即助沖量信號。保證信號在惡劣的工業(yè)環(huán)境中真實可靠，對三沖量調節(jié)系統(tǒng)的正常運行至關重要。

2 轉爐系統(tǒng)的網絡結構設計

轉爐系統(tǒng)分為本體、汽化和煤氣回收3個系統(tǒng)，其中汽化又分為汽化31m和汽化地面兩個系統(tǒng)。架設環(huán)形工業(yè)以太網，以光纜作為主干傳輸網絡，通過光纖收發(fā)器、交換機等進行站間通訊，其網絡結構如圖1所示。

3 系統(tǒng)軟、硬件配置

汽化自動控制系統(tǒng)采用2套西門子S7－300系列PLC硬件組成基礎自動化系統(tǒng)，即汽化31m系統(tǒng)和汽化地面系統(tǒng)，完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、邏輯運算、聯(lián)鎖、數(shù)據(jù)處理及輸出執(zhí)行指令等功能。硬件配置中以太網通訊模塊采用6GK7343－1EX30－0XE0模板，它支持TCP／IP和 UDP傳送報文、PG／OP通訊、S7通訊和S5兼容通訊等。上位機安裝 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 轉爐系統(tǒng)環(huán)形工業(yè)以太網的結構

4 汽包三沖量調節(jié)原理

汽包三沖量調節(jié)系統(tǒng)是指汽包液位、蒸汽流量和給水流量3個信號共同作用于調節(jié)閥上。汽包液位作為主控信號，當發(fā)生變化時，調節(jié)閥的輸出信號隨之發(fā)生變化；為防止虛假液位使調節(jié)閥產生誤動作，使用蒸汽流量作為前饋信號；為穩(wěn)定給水流量，消除內擾，使用給水流量信號作為反饋信號。

根據(jù)串級控制系統(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。當水位擾動升高時，水位控制器反作用，輸出下降，調節(jié)閥開度減小，給水流量隨之減小，水位下降，保持在設定值上。當蒸汽流量增加時給定值增加而輸出減小，調節(jié)閥開度增加，給水流量增加，保持水蒸氣平衡。三沖量調節(jié)克服了給水自身的擾動，減少了調節(jié)之后的時間，消除了給水管道上的壓力波動，進一步穩(wěn)定了水位的自動控制，從而保持了水蒸氣的平衡。

5 雙邊編程的實現(xiàn)

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

綜上考慮，為保證模擬信號的質量、汽化系統(tǒng)的安全及方便日后維護，本設計在目前環(huán)形工業(yè)以太網的基礎上，使用ISO－on－TCP連接方式的雙邊通訊實現(xiàn)PLC間的模擬量傳輸。

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

5．1 網絡配置

在汽化地面和汽化31m的硬件配置中分別建立以太網連接，設置IP地址、子網掩碼并編譯下載。將這兩個系統(tǒng)存放在同一項目中，打開NetPro網絡配置，選中汽化地面CPU，在“插入新連接”對話框中，將Connection Type設置為ISO－on－TCP connection，Station設置連接伙伴為汽化31m系統(tǒng)的CPU，應用后顯示如圖2所示畫面，其中塊參數(shù)中的標識號和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”選項中就可以看到通信雙方的IP地址和占用的端口號。

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出現(xiàn)自動生成的該站點一側的連接表，可打開如圖3所示的畫面，此處不可選中“激活連接的建立”。

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

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

調用FC5程序如下：

CALL“AG＿SEND”

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

ID：＝3／／與圖2的標識號一致

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個字節(jié)。

LEN：＝DB3．DBW6／／發(fā)送數(shù)據(jù)長度

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

ERROR：＝ DB3．DBX12．2／／DB3．DBX12．2為1時，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中調用CP300下的FC6（AG＿RECV）接收數(shù)據(jù)指令。

調用FC6程序如下：

CALL“AG＿RECV”

ID：＝1／／與圖3的標識號一致

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個字節(jié)。

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

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

STATUS：＝ DB4．DBW12／／狀態(tài)代碼

LEN：＝DB4．DBW14／／接收到的實際數(shù)據(jù)長度

6 結束語

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

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

［2］ 廖常初．西門子工業(yè)通訊網絡組態(tài)編程與故障診斷［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2009．

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