(上海金自天正信息技術(shù)有限公司,上海 201900)

1 引言

在海上浮式生產(chǎn)儲卸油（FPSO）裝置的控制系統(tǒng)中，PLC有著非常廣泛的應(yīng)用。由于海上設(shè)施遠(yuǎn)離陸地，并且進(jìn)行化工生產(chǎn)，故對控制系統(tǒng)PLC卡件的穩(wěn)定性、兼容性和快速響應(yīng)能力有著極其苛刻的要求。

一直以來，國內(nèi)海上生產(chǎn)設(shè)施的系統(tǒng)組成龐雜，各種撬塊集成廠家眾多，導(dǎo)致各控制系統(tǒng)使用不同品牌的PLC產(chǎn)品，不同系統(tǒng)之間的兼容性差，通訊功能建立困難，邏輯控制編輯復(fù)雜。本文介紹了巴西石油公司在P70浮式生產(chǎn)儲卸油裝置的船體控制系統(tǒng)中采用的巴西國產(chǎn)PLC（ALTUS）產(chǎn)品。該套系統(tǒng)在使用中體現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性，廣泛的兼容性和操作的便利性。

2 系統(tǒng)組成

船體控制系統(tǒng)的構(gòu)成共分為三大子系統(tǒng)：HCS（過程控制）、HSD（應(yīng)急關(guān)斷）和 HFGS（火氣系統(tǒng)）。每個子系統(tǒng)均采用A/B兩套NX3030-CPU作為冗余的主控PLC。

2.1 系統(tǒng)的PLC卡件組成

在本項目中，核心控制系統(tǒng)采用的是Nexto系列卡件，該系列產(chǎn)品具有獨(dú)特的創(chuàng)新性特性?；谒母哽`活性、智能設(shè)計、加強(qiáng)的診斷功能和模塊化結(jié)構(gòu)，Nexto系列可以用于中高端應(yīng)用或者高速機(jī)械。

安裝卡件的NX9002導(dǎo)軌有16個插槽，支持卡件熱插拔，在保障供電的同時采用高速通訊總線，并可以自動尋址?？芍С諧PU及PROFIBUSDP的冗余。

電源卡件NX8000是高效率的開關(guān)電源，采用緊湊設(shè)計，內(nèi)部無風(fēng)扇，帶自診斷和內(nèi)部保險，輸入電源24VDC，輸出功率30W，可抗極性反轉(zhuǎn)和電壓浪涌。

CPU卡件NX3030采用高速32位處理器，運(yùn)算速度達(dá)到333MHz，能在10ms內(nèi)掃描2048個I/O點(diǎn)。它擁有64 k字節(jié)保持存儲器，可進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，支持最多96 k字節(jié)的輸入點(diǎn)和96 k字節(jié)的輸出點(diǎn)，具有加強(qiáng)的診斷功能，系統(tǒng)報文記錄，事件源數(shù)據(jù)報告，時鐘同步，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（可網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登陸，并進(jìn)行固件升級，有密碼保護(hù)），冗余等功能。通訊協(xié)議兼容MODBUS RTU/TCP、EtherCAT、EthereNet/IP等。外殼集成2個串口（RS232和RS485/422），2 個以太網(wǎng)接口(10/100Mbps)，Mini SD卡插槽（最大8GB）和LCD顯示屏（顯示啟停狀態(tài)、冗余狀態(tài)，變量強(qiáng)制，事件診斷等）。支持?jǐn)U展24個導(dǎo)軌，128個I/O卡件。支持DI中斷響應(yīng)，可進(jìn)行計數(shù)，脈沖采集和過程測量。

PROFIBUS-DP卡件 NX5001兼容 EN50170，IEC61158，IEC61784協(xié)議下的所有PROFIBUS-DP DPV1設(shè)備，在使用中繼器的情況下最多可掛125個從站設(shè)備。它支持冗余和全局變量控制命令，具有加強(qiáng)的診斷功能，波特率最高可達(dá)12MBits/s。外殼集成有LCD顯示屏可顯示電子標(biāo)簽，卡件支持熱插拔。

以太網(wǎng)卡件NX5000具有半雙工冗余結(jié)構(gòu)，支持NIC Teaming網(wǎng)絡(luò)冗余，兼容MODBUS TCP/RTU及MODBUS的主控/客戶和服務(wù)器/從站模式。所有的組態(tài)和參數(shù)設(shè)置都通過組態(tài)軟件完成。在主機(jī)啟動的時候，可進(jìn)行發(fā)送無故ARP請求。最多支持128個同時鏈接，具有Auto crossover Ethernet Interface，可抗洪水式攻擊?？С譄岵灏危谕鈿ど霞捎蠰ED顯示屏。

Nexto系列卡件安裝見圖1。

圖1

此外，在船體電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)中，使用Xtorm系列控制卡件，由于其集成了RTU+PLC的雙重性能，并通過將Nexto卡件作為從站的方式，實現(xiàn)對船體電氣設(shè)備高效、安全的控制?？梢詮V泛用于發(fā)輸配和監(jiān)控系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器及MCC等設(shè)備的控制。

2.2 組態(tài)軟件

Nexto卡件采用MasterTool IEC XE作為組態(tài)和編程軟件，使用序列號生成器對軟件進(jìn)行軟授權(quán)。MasterTool IEC XE是一款圖形化、模塊化、智能化的軟件。組態(tài)時，軟件內(nèi)部整合了各種標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，可視化的總線結(jié)構(gòu)，可以通過拖拽的方式將各種卡件安排在預(yù)定位置。編程時，可以進(jìn)行離線仿真和在線條調(diào)試，兼容所有的IEC 61131-3編程語言，包括 ST，SFC，F(xiàn)BD，LD，IL，CFC 等，并可在統(tǒng)一項目中同時使用各種語言。在監(jiān)控所有的I/O變量和符號變量的同時，進(jìn)行系統(tǒng)診斷和卡件診斷，支持中斷點(diǎn)步序控制?？赏ㄟ^OPC DA軟件與不同品牌的HMI或SCADA系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

2.3 編程

在該項目中，采用模塊化的編程方法，以圖2閥門XV-5335509為例，此類控制的通用邏輯均已封裝在XV-INRADA塊內(nèi)，在使用時，只需要將閥門對應(yīng)的開關(guān)線圈控制DO點(diǎn)和開關(guān)位置信號DI點(diǎn)，以及需要在HMI上顯示的軟點(diǎn)和各種過程變量，通過拖拽的方式與塊中相應(yīng)的引腳進(jìn)行連接即可實現(xiàn)編程。

圖2

在該項目的編程思想中，為方便前期進(jìn)行在線狀態(tài)下的Loop Test，特意將程序的邏輯運(yùn)算結(jié)果SLG放入一個公共控制點(diǎn)SLO中，此SLO點(diǎn)同時可以受到調(diào)試工程師OV1（置位）和OV0（復(fù)位）指令的影響，然后再將SLO中的結(jié)果寫入對應(yīng)的DO通道，控制現(xiàn)場設(shè)備。見圖3。

圖3

2.4 監(jiān)控軟件設(shè)計

由于ALTUS沒有自己獨(dú)立的HMI制作工具，故采用通過OPC軟件的方式，實現(xiàn)PLC的人機(jī)交互功能。在該項目中采用Wonderware公司的In－Touch作為HMI的制作軟件，畫面組成眾多，完整實現(xiàn)了船體工藝的全流程控制，將HCS，HSD和HFGS各個系統(tǒng)的功能進(jìn)行了有效的分區(qū)顯示和多級操作。可以對各種事件進(jìn)行報警顯示和記錄，具有變量搜索和投屏切換等功能。

3 結(jié)論

在該項目中，巴西國產(chǎn)PLC（ALTUS)在安裝、預(yù)調(diào)試和調(diào)試過程里的應(yīng)用，體現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性，抗干擾能力強(qiáng)，故障率較低。與其他世界品牌的PLC產(chǎn)品及軟件具有廣泛的兼容性，對各種流程工藝都有良好的適應(yīng)性。中國與巴西同為發(fā)展中國家，在工業(yè)控制領(lǐng)域與世界頂級產(chǎn)品都存在較大差距，但是巴西的產(chǎn)品已經(jīng)在我們之前，實現(xiàn)了技術(shù)領(lǐng)先，這其中有很多值得借鑒和參考的發(fā)展經(jīng)驗。