作者:工業(yè)平板電腦|手持終端解決方案提供商 來源:www.egnktdxk4.com 發(fā)布時間:2013-09-24 10:02 瀏覽量:
中國的計算機技術(shù)日新月異的在發(fā)展著,現(xiàn)在也逐漸蔓延到了生產(chǎn)、監(jiān)控、收費、統(tǒng)計、電力等各個領(lǐng)域。在產(chǎn)業(yè)自動化領(lǐng)域的發(fā)展更是非常迅猛。隨著計算機技術(shù)在產(chǎn)業(yè)自動化領(lǐng)域推廣和普及的不斷加深,在考慮中小規(guī)模的控制系統(tǒng)時,工控機以其靈活的配置結(jié)構(gòu)、強大的控制功能、友好的人機界面、較高的性能價格比,倍受儀表設(shè)計職員的青睞。在一些連續(xù)生產(chǎn)裝置中,生產(chǎn)過程不答應(yīng)停機進(jìn)行故障處理,除了要求工控機系統(tǒng)具有高可靠性,還要求在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用更可靠的容錯和冗余技術(shù)。
錦化化工(團(tuán)體)有限責(zé)任公司環(huán)己酮是連續(xù)生產(chǎn)裝置,有3個工序先后采用了3臺工控機進(jìn)行單機控制。1997年與葫蘆島市航遠(yuǎn)電腦公司共同開發(fā)了一套工控機3∶1后備系統(tǒng),僅用一套備份系統(tǒng)解決了各臺工控機系統(tǒng)的備份題目。
1 工控機單機系統(tǒng)
1.1 硬件構(gòu)成
工控機構(gòu)成化工生產(chǎn)裝置控制系統(tǒng)。
針對化工生產(chǎn)裝置的控制系統(tǒng),其I/O信號主要限于AI,DI、AO和DO等幾種,工控機外部硬件主要在I/O和接口卡上,下面分別對主機、接口卡、信號調(diào)理卡和輸進(jìn)端子板作介紹。
1.2 硬件介紹
1.2.1 主機
工控機采用臺灣研華公司的IPC-610/486型研華工控機。
1.2.2 接口卡
工控機接口卡采用臺灣研華公司的PCL-812PG(多網(wǎng)口工業(yè)主板);どa(chǎn)檢測控制信號一般為電流、電壓、電阻等模擬信號和開關(guān)量、脈沖量等輸進(jìn)信號;輸出信號多為電流、電壓和開關(guān)量等。一塊PCL-812PG卡,有16路單性0~5V模擬量輸進(jìn)(或8路模擬量差分輸進(jìn));2路12Bit
AO電壓輸出;16路開關(guān)量電壓輸出;16路開關(guān)量輸進(jìn);3個16位計數(shù)器。一塊PCL-812PG卡,可以對256路模擬信號進(jìn)行采集檢測;可以完成64路模擬量輸出;256路各種開關(guān)量輸進(jìn)或256路開關(guān)量輸出。幾乎可以完成一個中小控制系統(tǒng)常規(guī)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場的檢測采集和控制任務(wù)。
1.2.3 信號調(diào)理卡
該環(huán)己酮工控機系統(tǒng)所用到的信號調(diào)理卡包括按輸進(jìn)信號分類的鉑電阻丈量板、熱電偶丈量板、1~5V信號丈量板(適應(yīng)儀表變送器輸出信號)和輸出信號用的模擬輸出板。
對采集而言,是把信號轉(zhuǎn)換成0~5V
PCL-812PG卡所接收的信號。對調(diào)節(jié)控制輸出而言,是把PCL-812PG輸出進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換、隔離和驅(qū)動,用一個4~20mA DC信號控制調(diào)節(jié)閥。
1.2.4 輸進(jìn)端子板
輸進(jìn)板采用LEO-1613
AI端子板,一塊輸進(jìn)端子板有16路輸進(jìn),它與PCL-812PG卡的16路AI輸進(jìn)匹配,可以方便地將AI輸進(jìn)擴(kuò)展增至256路。
1.3 軟件構(gòu)成
系統(tǒng)軟件由DOS6.2和QuickBasic7.0軟件組成,應(yīng)用軟件由QuickBasic7.0語言編寫
整個應(yīng)用軟件由6部分組成,其系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖2。
環(huán)己酮工控機應(yīng)用軟件構(gòu)成圖
1)工藝參數(shù)自動巡回檢測處理、顯示;
2)PID參數(shù)在線后臺整定;
3)流程圖、報警狀態(tài)模擬顯示;
4)監(jiān)測參數(shù)、報警狀態(tài)集中顯示;
5)趨勢圖復(fù)放顯示、可翻頁選擇;
6)實時自動打印生產(chǎn)報表。
2 工控機后備技術(shù)方案
該環(huán)己酮工控機系統(tǒng)采用3∶1在線后備技術(shù),這種技術(shù)是在現(xiàn)場的I/O信號與進(jìn)工控機系統(tǒng)I/O卡之間設(shè)一個切換裝置,同時考慮另設(shè)一臺工控機作為在線3臺工控機的后備,整個系統(tǒng)原理如圖3所示。
有1臺工控機系統(tǒng)對3個工序的工控機系統(tǒng)進(jìn)行后備。3個工序現(xiàn)場I/O信號首先進(jìn)進(jìn)切換裝置,當(dāng)3臺工序工控機工作正常時,3個工序的I/O信號分別輸進(jìn)對應(yīng)工序的信號調(diào)理卡,然后進(jìn)進(jìn)對應(yīng)的工序工控機。當(dāng)某一工序工控機故障時,切換裝置將該工序I/O信號切向在線后備信號調(diào)理卡,然后進(jìn)進(jìn)在線后備工控機,由它替換故障工控機進(jìn)行工序生產(chǎn)的檢測和控制。
3 工控機3∶1在線后備技術(shù)方案實施
3.1 工藝生產(chǎn)對檢測控制要求
錦化化工(團(tuán)體)有限責(zé)任公司環(huán)己酮生產(chǎn)裝置分為3個工序:工序1包括加氫設(shè)備;工序2包括醇塔和輕一塔設(shè)備;工序3包括醇塔、中斷塔和輕二塔設(shè)備。3個工序分別由3臺工控機進(jìn)行單機數(shù)據(jù)采集和調(diào)節(jié)控制。
其工藝生產(chǎn)要求,采集、控制參數(shù)匯總表見表1所示。
工序 熱電阻(Pt100) 熱偶(E) 輸進(jìn)(4~20mA DC) 輸出(4~20mA DC) 1 16 17 14 3 2 10 12 9 3 14 11 2
3.2 后備I/O設(shè)置
該環(huán)己酮裝置工控機系統(tǒng)后備技術(shù)采用如圖4所示的原理,即由1臺后備工控機做熱后備。按表1中3個工序的I/O信號點,后備I/O設(shè)置時,只要考慮選擇同類信號的大數(shù)作配置即可,避免了3個工序的I/O各1∶1后備,節(jié)省了用度。后備I/O配置數(shù)目見表2所示。
2 后備檢測控制點參數(shù)匯總表
工序 熱電阻(Pt100) 熱電偶(E) 輸進(jìn)(4~20mA DC) 輸出(4~20mA DC) 后備設(shè)置 1617 14 9
3.3 切換裝置介紹
切換裝置原理如圖4所示。由操縱臺發(fā)出切換指令。操縱臺不發(fā)出切換指令時,3個工序的I/O信號分別輸進(jìn)各自對應(yīng)的工序工控機;當(dāng)操縱臺發(fā)出備用工控機替換某一工序工控機指令時,該工序I/O信號切進(jìn)備用工控機。執(zhí)行切換指令元件,采用繼電器。對N∶1工控機的后備,要保證后備工控機的接口PCL-812PG能隨意切到任一工序的現(xiàn)有I/O信號上,但是要保證不會出現(xiàn)兩個工序I/O信號同時送進(jìn)的情況。也就是對后備工控機切換而言只能是的或懸空。
圖4 切換裝置原理示意圖
3.4 控制系統(tǒng)的軟件
3個工序的工控機分別有各自的檢測控制應(yīng)用軟件。后備工控機的軟件系統(tǒng),有3個工序相對獨立的應(yīng)用軟件,所不同的是I/O地址設(shè)置的不同,實際運行時硬件切換的同時,軟件也作了相應(yīng)的切換。
4 工控機3∶1在線后備系統(tǒng)的特點
本系統(tǒng)除了進(jìn)行儀表數(shù)據(jù)的采集、運算和控制之外,同時可方便地根據(jù)各種畫面顯示實現(xiàn)人機對話接受指令以及對生產(chǎn)過程的記錄和治理。
本系統(tǒng)突出的特點是用1臺后備工控機對3臺在線工控機進(jìn)行3∶1后備,不僅在工控機和接口一級有備份,而且在輸進(jìn)信號處理和控制輸出一級也有備份,做到了硬件系統(tǒng)的后備。后備I/O卡設(shè)置數(shù)目不是3臺工控機I/O卡的總和,節(jié)省了投資。
本系統(tǒng)的另一突出特點是,后備工控機的軟件與工序工控機軟件完全兼容,避免了軟件的二次開發(fā)。后備工控機切換由操縱臺發(fā)出指令執(zhí)行,在切換硬件的同時,軟件也相應(yīng)作了切換。
本系統(tǒng)切換設(shè)計中采用了“搶答”設(shè)計,保證只有一臺在線工控機故障時切向后備工控機,從而保證生產(chǎn)裝置的安全運行。同時切換系統(tǒng)中設(shè)計了復(fù)位清除裝置,可使備用系統(tǒng)退出,恢復(fù)原系統(tǒng)的運行。
本系統(tǒng)工控機3∶1后備技術(shù)的實現(xiàn),有效地解決了中小規(guī)模工控機控制系統(tǒng)單機運行無熱后備的技術(shù)缺陷。實踐證實,該后備系統(tǒng)硬件完善、備量少、安全可靠,且主控設(shè)備與后備系統(tǒng)相對獨立。特別適用于由工控機組成的中小規(guī)?刂葡到y(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步。
5 使用本系統(tǒng)的留意點
使用本系統(tǒng)在切換前,需要對PID調(diào)節(jié)回路給定值、輸出值和PID參數(shù)先進(jìn)行人工確認(rèn)和干預(yù),然后再給切換操縱,否則會給調(diào)節(jié)回路帶來擾動(因主、備機之間無數(shù)據(jù)通訊)。這也是這套工控機(多串口嵌入式計算機、多網(wǎng)口工控機點擊了解)系統(tǒng)的大缺陷!