基于Unity Quantum平台的焦炉自控系统

　　焦化厂5#焦炉经全面大修后于日前投入正式生产。此次大修，自动化控制系统实施了升级换代，plc硬件设备选用了Schneider公司的Unity Quantum系列产品，下位编程软件选用了Unity Pro V2.6，上位编程软件选用了Citect V5.40。

　　控制工艺及要求

　　现代焦炉炉体由炭化室、燃烧室和蓄热室三个主要部分构成。一般，炭化室宽0.4~0.5m、长10~17m、高4~7.5m，顶部设有加煤孔和煤气上升管(在机侧或焦侧)，两端用炉门封闭。燃烧室在炭化室两侧，由许多立火道构成。蓄热室位于炉体下部，分空气蓄热室和贫煤气蓄热室。

　　

　　高炉煤气和焦炉煤气混合进入燃烧室燃烧，烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，在炭化室中形成焦炭，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦。产生的荒煤气经集气管送往风机，到回收进行净化。混合煤气燃烧后产生的废气经烟道到烟囱排到大气中。

　　炼焦产品主要包括：焦炭、煤焦油、煤气和化学产品。

　　焦炉主要自控调节：焦炉集气管煤气压力调节、高炉煤气机侧压力调节、高炉煤气焦侧压力调节、焦炉机侧

　　烟道吸力调节、焦炉焦侧烟道吸力调节、焦炉煤气机侧掺烧调节、焦炉煤气焦侧掺烧调节、焦炉煤气主管流量调节。

　　自控系统组成

　　硬件组成

　　

　　软件组成

　　Windows XP +SP3中文版操作系统、Unity Pro V2.6梯形逻辑控制程序编辑软件、Citect V5.40上位机组态软件。

　　网络结构

　　控制站与操作站间的通讯采用以太网通讯方式，采用工业以太网交换机，带有2个光纤接口。交换机采用赫思曼产品。

　　信息层：以网络交换机为中心，通讯协议为TCP/IP，系统架构为Internet/Intranet，网络系统对内通信网数据吞吐率100Mbps。其中信息层硬件部分主要为中控室的生产管理计算机站、服务器，化验室计算机站及配套网络传输线路、设备组成，完成系统的数据采集、监测、控制、通信、显示及生产管理调度等功能。软件系统主要由基于组态软件开发的江南污水厂生产过程控制、运行监控、调度系统以及生产管理（水质监测、生产数据和系统故障报警信息）信息系统等组成。该体系结构实现了对江南水厂生产管理系统软硬件资源的整合和充分利用，使系统具有更高的兼容性、开放性和安全性。

　　控制层：以施耐德 Unity平台为控制核心，将分布在各工艺段之间的施耐德 Unity PLC和中央监控计算机通过网络相连，实现控制信号的高速传输。施耐德 Unity PLC自动监测重要设备的运行状态和工艺参数变化，并对设备进行自动控制。控制层硬件设备主要为施耐德Unity系列PLC（140CPU67160）、操作员面板、工业以太网交换机。

　　控制层的网络体系采用TCP／IP网络以及环形拓扑结构，以光纤为通信介质，通过以太网环网交换机构成带宽为100Mbps的工业以太网。该网络结构为自愈环网，其应用层采用开放的通讯协议。当环网发生一个光纤断点时，网络仍能够正常工作。作为全厂的控制主干网，工业以太网光纤环网能在任何节点接入设备，而不需要更改从前的站号和配置，充分考虑了今后扩展的方便性。在出现故障时，在线增加或删除任意一个节点，都不会影响到其它设备的运行和通讯。

　　设备层：利用施耐德Unity PLC的MB口，采用MB网络通讯协议对MCC柜的各智能变送器进行多点通讯。这种不用传统I/O模块而直接采用总线电缆连接的通讯方式，在实现现场离散设备和可编程逻辑控制器（PLC）之间的数据数字化传输的同时，将成本费用减少到最小，这种用于低层设备的低成本、高效率信息集成模式，已经逐渐成为控制领域的主流。

　　解决方案

　　施耐德Unity PLC具有超强的处理能力、超大存储空间，并提供全面开放的通讯解决方案。其中，我们使用的140CPU67160兼容了RS 232/485 Modbus/ASCII端口、USB端口、MB+ 端口、USB 终端口、Ethernet TCP/IP 端口，在实现多种网络的同时，最大限度节约了成本。另外，140CPU67160提供了一个数显操作屏可监视CPU状态，而且对重要参数进行操作，很大程度上方便了调试及维护。

　　施耐德Unity Pro软件界面友好、操作简洁、使用方便。通过施耐德Unity Pro软件可以编写多任务；可以通过多种调试语言形式编写程序（不同调试语言可以在同一程序中混用）；可以使用标准或自建的语句块，以满足控制需要；可以根据要求建立各种类型的人性化变量；在IP和MB+通讯过程中，提供两种通讯编写方式；在不需要其它辅助软件的情况下，提供模拟通讯功能以测试程序；可以编制内部画面，并能模拟监控程序；提供多种诊断功能等。这些功能使我们在调试、维护过程中极大程度地提高了效率。同时这些软件功能同其它软件相比也具有领先性。

　　为了使基于施耐德Unity平台的控制系统能够在高速的情况下稳定运行，在选型中一定要选择施耐德公司的产品或施耐德公司授权设备，不建议选用未经施耐德公司认证的第三方产品。

　　在选择基于施耐德Unity平台的支持DP的主模块时，须选择PROSOFT公司的第三方模块PTQ DPM MV1。另外在配置PROSOFT模块CONFIG软件时，须注意配置的GSD文件、从站地址、传输数据类型、数量必须和西门子从站一致。

　　由于施耐德Unity控制系统不支持MB的主站通讯模式，无法做到在不加网桥的情况下，通过内置MB口对智能变送器进行通讯。通过对施耐德Unity控制系统进行软、硬件全面升级，使Unity的MB口支持232（点对点）通讯，然后通过添加232-485通讯转换模块方式，最终实现和智能变送器进行MB协议多点（485）通讯的功能。

　　在Unity Pro中打开Concept程序需要进行转换。用Concept Converter 将Concept程序导出为一个*.acs文件，在Unity Pro中打开该文件即可。

　　当安装Unity Pro

　　时，出现错误提示“Path variable < 1024 caracters”的解决办法：进入控制面板，点击“系统”并选中“高级”选项；选中“环境变量”。

　　在Unity Quantum中能配置Profibus-DP模块。在Unity Quantum中配置Profibus-DP时，不能选择140CRP81100，只能选择 PTQ PDPMV1 模块, 该模块为施耐德合作伙伴Prosoft Technology公司的产品，配置软件由Prosoft公司提供。

　　在Unity Pro 中打开concept 产生的.asc文件时，出现错误提示“Converter Dll for this extension not found”，这是由于在安装该软件时选择的是“Typical”,这种安装不包含Concept converter。解决办法：重新插入安装盘，选择“Modify”,再选择相关的converter进行安装。

　　安装Unity Pro软件后，启动时出现错误提示“Object store internal error, VirtualAlloc failed to allocate at any address - Not enough storage is available to process this”的解决办法：产生这种错误的原因是有另外的软件正在使用与UNITYPRO相同的内部存储区。检测的方法是同时运行所有的软件，依次禁止软件运行以判断与哪一个冲突。Powerword、3721、Twinmos、item都有可能与Unity Pro 产生冲突。

　　配置Quantum 以太网

　　(1).双击结构视图->配置->本地总线->本地Quantum子站->140XBP01600，访问本地机架总线配置器；

　　(2).双击槽位8，加入一个以太网通信模块140NOE77111；

　　(3).双击结构视图->通讯->网络->新建一个Ethernet网络，名为Ethernet_NOE，并对该逻辑网络作如下配置：IP地址:；子网掩码:；网关地址:（可选）；

　　(4).双击结构视图->配置->本地总线->本地Quantum子站->140XBP01600，展开140NOE77111通讯模块的子模块口，访问Ethernet通道，将逻辑网络和物理通道相关联。

　　应用总结

　　在焦炉自控系统改造中，硬件设计、软件组态等一系列工作都由班组技术人员独立完成。丰富的现场实践经验加上施耐德Unity新一代自动化平台的良好品质和易用性能，大大减少项目开发的时间，提高了系统处理的速度，使得工程改造顺利进行。我们先后完成了控制系统拆旧立新，现场设备安装、配线、调试，投运等工作。经过半年来的运行效果看，目前，控制系统设备运行良好，控制性能完全满足用户要求，圆满实现了改造目的