基于IPC的SNAP I/O分布式控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4 系統(tǒng)配置及溫度控制

4.1 系統(tǒng)配置

某煤礦地面瓦斯電站控制系統(tǒng)有開(kāi)關(guān)量輸入（DI）80點(diǎn)；開(kāi)關(guān)量輸出（DO）44點(diǎn)；模擬量(4-20mA)輸入（AI）：28點(diǎn)；熱電阻PT100信號(hào)（RTD）：12點(diǎn)；熱電偶信號(hào)（TC）：8點(diǎn)；模擬量(4-20mA)輸出（AO）：16點(diǎn)，全系統(tǒng)共計(jì)192點(diǎn)。工控機(jī)與控制器系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)的方式通訊。信號(hào)全部集中在控制值班室。在進(jìn)行系統(tǒng)配置時(shí)，首先，根據(jù)各信號(hào)點(diǎn)數(shù)選擇對(duì)應(yīng)的I/O模塊，確定數(shù)量。其次，根據(jù)I/O模塊的數(shù)量，選擇智能處理器和底板。再者，根據(jù)系統(tǒng)的大小和通訊要求，選擇控制器。最后，根據(jù)以上所選來(lái)配套電源和軟件。圖2為系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)具體配置如下：

1）、選擇I/O模塊：

DI： 80點(diǎn)，選擇4通道開(kāi)關(guān)量輸入模塊SNAP-IDC5，數(shù)量20個(gè)
DO： 44點(diǎn)，選擇4通道開(kāi)關(guān)量輸出模塊SNAP-ODC5-I，數(shù)量11個(gè)
AI： 28點(diǎn)，選擇2通道模擬量輸入模塊SNAP-AIMA，數(shù)量14個(gè)
RTD：12點(diǎn)，選擇2通道熱電阻輸入模塊SNAP-AIRTD，數(shù)量6個(gè)
TC： 8點(diǎn)，選擇2通道熱電偶輸入模塊SNAP-AITM，數(shù)量4個(gè)
AO： 16點(diǎn)，選擇2通道模擬量輸出模塊SNAP-AOA-23，數(shù)量8個(gè)

模塊數(shù)量：開(kāi)關(guān)量：31個(gè)，模擬量：32個(gè)； 總計(jì)：63個(gè)

2）、選擇智能處理器和底板

在SNAP I/O系統(tǒng)中，有16槽底板SNAP-B16M。根據(jù)I/O模塊的數(shù)量，我們計(jì)算出底板的數(shù)量：63/16=4；

每一個(gè)底板上必須配套一個(gè)智能處理器。以16槽底板為例：SNAP-B3000可以處理8個(gè)開(kāi)關(guān)量模塊或16個(gè)模擬量模塊；若同時(shí)處理，則可以配置8個(gè)開(kāi)關(guān)量模塊+8個(gè)模擬量模塊。SNAP-BRS只能處理8個(gè)開(kāi)關(guān)量模塊，配套SNAP-B8M底板。我們配置4個(gè)SNAP-B3000，就可以滿足要求。

3）、選擇控制器

本系統(tǒng)要求工控機(jī)與控制器系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)的方式通訊，所以我們必須選擇SNAP-LCM4控制器，另配工業(yè)以太網(wǎng)卡M4SENET100。但在一般情況下，若系統(tǒng)規(guī)模不大，模擬量較少，可以配置SNAP-LCSX-PLUS或SNAP-LCSX控制器，他們與工控機(jī)之間采用的是RS232/485通訊方式通訊，速度相應(yīng)要低一些，控制器的性能也要弱一些。但一般可以滿足大部分工業(yè)控制要求。。

4）、配套電源及軟件

一般情況下，每個(gè)底板采取單獨(dú)供電方式，SNAP-LCM4也要求單獨(dú)供電。所以在本系統(tǒng)中，需要5個(gè)電源SNAP-PS5C10。在某些情況下，特別是信號(hào)全部集中在一起，系統(tǒng)的所有底板安裝在一個(gè)控制柜內(nèi)，處理開(kāi)關(guān)量信號(hào)的底板又非常多，我們也可以2-3個(gè)底板共用一個(gè)電源，但必須保證電源的負(fù)載能力在允許的范圍內(nèi)。

軟件采用配套的FactoryFloor，可以完成控制、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)庫(kù)連接等許多功能。由于采用的是流程圖編程方式，控制程序簡(jiǎn)單、易學(xué)、易懂、易修改、易維護(hù)。

圖2. 系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖

4.2 溫度控制

瓦斯電站燃?xì)鉁u輪機(jī)余熱鍋爐是一套冷水、熱水混合循環(huán)控制系統(tǒng)，控制對(duì)象包括熱交換器風(fēng)門(mén)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等多個(gè)對(duì)象。由SNAP I/O控制系統(tǒng)構(gòu)成的智能分布I/O控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)液位控制、溫度控制、壓力控制、比值控制等多種控制方案。其中溫度控制是較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是構(gòu)成其他控制系統(tǒng)的核心。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，采用PID系統(tǒng)功能塊實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的原理是采用熱電阻來(lái)采集鍋爐內(nèi)的溫度，與工藝設(shè)定的溫度曲線進(jìn)行比較，對(duì)誤差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)運(yùn)算，調(diào)整輸出信號(hào)，調(diào)節(jié)燃?xì)鉁u輪機(jī)與余熱鍋爐熱交換器的風(fēng)門(mén)開(kāi)度，最終控制鍋爐的溫度。在PID調(diào)節(jié)過(guò)程中，控制程序開(kāi)發(fā)人員可以獲取當(dāng)前的PID調(diào)節(jié)參數(shù)并可以直接把這些參數(shù)寫(xiě)入配置器。該系統(tǒng)采用工控機(jī)、控制器、智能板三級(jí)CPU控制，PID運(yùn)算在最底端的智能板中處理，無(wú)須控制器參與即可完成，使系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)性；系統(tǒng)采用前端智能分布式I/O控制，系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)容量較大，擴(kuò)展方便，靈活；該系統(tǒng)的前端智能I/O模塊都具有4000V光電隔離，模擬量的通道間也提供隔離功能，具有相當(dāng)高的可靠性和較高的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力。

該控制系統(tǒng)能夠在上位計(jì)算機(jī)上設(shè)定溫度工藝曲線，并按溫度測(cè)量值和設(shè)定值雙四位顯示；可實(shí)現(xiàn)控制的手動(dòng)/自動(dòng)切換和定時(shí)升溫功能；具有超溫保護(hù)及聲光報(bào)警功能；為了防止出現(xiàn)大的超調(diào)，對(duì)不同溫度給定值，取不同的積分保持上下限值，并可根據(jù)不同情況的出現(xiàn)適當(dāng)調(diào)節(jié)PID的參數(shù)；實(shí)時(shí)顯示、記錄每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溫度值和壓力值，并且形成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)文件，供今后查閱。系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，控制精度在3%以內(nèi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

SNAP I/O控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化硬件和軟件方面具有實(shí)用性以及創(chuàng)新性，它與Microsoft的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序結(jié)合，為一體化控制提供了極為可靠的基礎(chǔ)。用戶既可以方便地進(jìn)行系統(tǒng)工程組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)多種控制策略，易于操作，同時(shí)也易于實(shí)現(xiàn)與企業(yè)管理網(wǎng)的通訊及數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)管理監(jiān)控一體化。該系統(tǒng)在瓦斯電站應(yīng)用以來(lái)安裝調(diào)試簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、人機(jī)界面友好，具有良好的應(yīng)用推廣意義。