双边通讯在汽包液位三冲量调节中的应用

李树梅

（莱钢自动化部，山东 莱芜 271104）

1 概述

汽包液位是转炉运行监控中的一个重要指标，也是汽化冷却系统中重要的调节参数之一，它反映了转炉负荷和给水的平衡关系；汽包液位过低会造成转炉水循环破坏，影响省煤器运行，容易使水全部汽化，烧坏转炉甚至爆炸；汽包液位过高会造成蒸汽带水，影响过热器运行。因此要求汽包液位控制在合理的范围内，以适应各种工况运行的要求。除此之外，液位还会受到蒸汽负荷和给水流量波动的影响，当负荷突然增大，汽包压力突然降低，水就会急剧汽化，出现大量气泡，形成“虚假液位”。汽包液位的三冲量调节可以很好地克服单冲量调节虚假液位的影响和双冲量调节静态补偿困难和给水干扰的问题，是转炉汽包自动补水的重要控制技术。汽包液位三冲量调节参数包括汽包液位、蒸汽流量和给水流量。汽包液位作为被控变量是主冲量信号，其他为辅助变量，即助冲量信号。保证信号在恶劣的工业环境中真实可靠，对三冲量调节系统的正常运行至关重要。

2 转炉系统的网络结构设计

转炉系统分为本体、汽化和煤气回收3个系统，其中汽化又分为汽化31m和汽化地面两个系统。架设环形工业以太网，以光缆作为主干传输网络，通过光纤收发器、交换机等进行站间通讯，其网络结构如图1所示。

3 系统软、硬件配置

汽化自动控制系统采用2套西门子S7－300系列PLC硬件组成基础自动化系统，即汽化31m系统和汽化地面系统，完成现场的数据采集、逻辑运算、联锁、数据处理及输出执行指令等功能。硬件配置中以太网通讯模块采用6GK7343－1EX30－0XE0模板，它支持TCP／IP和 UDP传送报文、PG／OP通讯、S7通讯和S5兼容通讯等。上位机安装 WinCC6．2监控软件，操作系统为 Windows 2000，使用STEP V5．3编程软件。

图1 转炉系统环形工业以太网的结构

4 汽包三冲量调节原理

汽包三冲量调节系统是指汽包液位、蒸汽流量和给水流量3个信号共同作用于调节阀上。汽包液位作为主控信号，当发生变化时，调节阀的输出信号随之发生变化；为防止虚假液位使调节阀产生误动作，使用蒸汽流量作为前馈信号；为稳定给水流量，消除内扰，使用给水流量信号作为反馈信号。

根据串级控制系统选择主、副控制器正反作用的原则，水位控制器反作用，流量控制器正作用。当水位扰动升高时，水位控制器反作用，输出下降，调节阀开度减小，给水流量随之减小，水位下降，保持在设定值上。当蒸汽流量增加时给定值增加而输出减小，调节阀开度增加，给水流量增加，保持水蒸气平衡。三冲量调节克服了给水自身的扰动，减少了调节之后的时间，消除了给水管道上的压力波动，进一步稳定了水位的自动控制，从而保持了水蒸气的平衡。

5 双边编程的实现

汽包液位、蒸汽流量和给水流量作为三冲量调节的3个重要参数就近引入汽化31mPLC系统监控，而调节阀的控制在汽化地面PLC中实现，需将3个参数引入汽化地面PLC中才可实现对调节阀的三冲量控制。若直接传输模拟信号，由于电压型模拟信号输入端内阻很高，极易受干扰，而且对磁场环境要求高，因此传输距离受限达不到要求。若传输电流型模拟信号，虽然不易受电磁干扰，也比电压型传输距离远，但传输距离会受输出端带载能力、输入端内阻和传输线的静态电阻值等的影响，若传输距离过长也会造成信号衰减，引入干扰。

综上考虑，为保证模拟信号的质量、汽化系统的安全及方便日后维护，本设计在目前环形工业以太网的基础上，使用ISO－on－TCP连接方式的双边通讯实现PLC间的模拟量传输。

ISO－on－TCP属S5兼容通讯，该通讯服务是一个高效的通讯协议，适合中等或大量的数据传输，可高达8 192个字节。数据传输具有面向消息、能够路由且数据长度动态可变等优点。

5．1 网络配置

在汽化地面和汽化31m的硬件配置中分别建立以太网连接，设置IP地址、子网掩码并编译下载。将这两个系统存放在同一项目中，打开NetPro网络配置，选中汽化地面CPU，在“插入新连接”对话框中，将Connection Type设置为ISO－on－TCP connection，Station设置连接伙伴为汽化31m系统的CPU，应用后显示如图2所示画面，其中块参数中的标识号和LADDR信息将在后面的编程中使用，勾选“激活连接的建立”，这样在“地址”选项中就可以看到通信双方的IP地址和占用的端口号。

图2 汽化31m连接属性

在NetPro中选中汽化地面的CPU，由于是双向链接，因此在下面的窗口会出现自动生成的该站点一侧的连接表，可打开如图3所示的画面，此处不可选中“激活连接的建立”。

将网络配置保存并编译，分别下载到汽化31m和汽化地面的PLC中，至此网络配置工作完成。

5．2 使用 AG＿SEND／AG＿RECV双边编程

首先在汽化31m系统的OB35中，从Libraries中调用CP300下的FC5（AG＿SEND）发送数据指令。

图3 汽化地面连接属性

调用FC5程序如下：

CALL“AG＿SEND”

ACT：＝DB3．DBX12．0／／DB3．DBX12．0为1时，激活发送任务

ID：＝3／／与图2的标识号一致

LADDR：＝W＃16＃1FFE／／CP的地址与图2的LADDR值一致

SEND：＝P＃DB3．DBX0．0BYTE 12／／发送数据区地址，指针类型，指向DB3．DBX0．0开始的12个字节。

LEN：＝DB3．DBW6／／发送数据长度

DONE：＝DB3．DBX12．1／／DB3．DBX12．1为1时，发送完成

ERROR：＝ DB3．DBX12．2／／DB3．DBX12．2为1时，有故障发生

STATUS：＝DB3．DBW4／／状态代码

其次在汽化地面系统的OB35中，从Libraries中调用CP300下的FC6（AG＿RECV）接收数据指令。

调用FC6程序如下：

CALL“AG＿RECV”

ID：＝1／／与图3的标识号一致

LADDR：＝W＃16＃O100／／CP的地址与图3的LADDR值一致

RECV：＝P＃DB2．DBX0．0BYTE 12／／接收数据区地址，指针类型，指向DB2．DBX0．0开始的12个字节。

NDR：＝DB4．DBX0．0／／DB4．DBX0．0为1时，接收新数据

ERROR：＝ DB4．DBX0．1／／DB4．DBX0．1为1时，有故障发生

STATUS：＝ DB4．DBW12／／状态代码

LEN：＝DB4．DBW14／／接收到的实际数据长度

6 结束语

环形工业以太网为网络上的数据传输提供了一条冗余链路，提高了网络的安全性、可靠性和实效性。在此基础上建立的双边通讯，信号抗干扰能力强，传输距离长，可最大限度地满足汽包液位调节中对模拟信号的高可靠性和稳定性的要求，可广泛用于现场PLC间的信号传输及控制系统。

［1］ 曹志刚．现代通讯原理［M］．北京：清华大学出版社，2003．

［2］ 廖常初．西门子工业通讯网络组态编程与故障诊断［M］．北京：机械工业出版社，2009．

［3］ 杨乃乔．液力调速与节能［M］．北京：国防工业出版社，2000．