PCS7自定义功能库的开发及在承钢2500m3高炉中的应用———The exploitation of user defined library with PCS7 and its applicati

摘要：介绍承钢2500m³高炉基础自动化控制系统及其网络配置，根据所配PCS7系统的特点开发了用户自定义功能库。系统顺利投产，该库的使用很大的提高了软件工作效率，便于统一维护程序库，集中更新，保证了多项目数据的一致性。

关键词：高炉；PCS7；用户自定义功能库；

Abstract :This paper introduces that the configuration and the network for 2500m³ BFB fundamental control system in CHENGDE Iron and Steel Ltd.. We build up our user defined Library in our project with PCS7 software. After having put into production successfully, it confirmed that our library improves the programming efficiency, is easy to maintenance and up date the library, ensures the consistency of data in the multi-project.

Key Words : BFB；PCS7;User Defined Library

1. 项目简介

承钢5号高炉炼铁车间的规模为一座2500m³高炉及其所属辅助设施。主要工艺包括：2500m³高炉主体工艺设施，其中炉顶采用无料钟串罐方式，热风炉系统采用3座顶燃式热风炉和2座预热炉的方式；高炉循环水泵站；高炉喷煤制粉站；高炉除尘设施；槽上供料设施,鼓风机站,空压机站,锅炉房等。本项目的控制范围涉及上述工艺系统及其所属辅助工艺设备。工艺总貌如图1所示。

承钢5号高炉的基础自动化控制系统是典型的电仪合一的大型高炉控制系统，具有较高的控制水平，系统包括：矿槽控制系统、炉顶控制系统、高炉本体控制系统、热风炉控制系统、出铁场控制系统、布袋除尘控制系统、水冲渣控制系统、煤粉制备控制系统、煤粉喷吹控制系统、高炉水处理控制系统、鼓风机站及其水处理控制系统、煤气柜控制系统、锅炉控制系统等。

图1：高炉工艺总貌

2. 控制系统构成

本工程的控制系统考虑了SIEMENS公司“全集成自动化”的理念，不仅选用了标准的PCS7控制控制站和操作站及相应软件，还选用了SCALANCE系列的网络产品，其中包括冗余AS控制器4套，标准AS控制器11套，具有热插拔功能的ET200M单元62套，Y-Link耦合器1套，OS SERVER 硬件及软件1对（套），OS CLIENT硬件及软件10套，OS 单站硬件及软件14套，ES 工程师站硬件及软件9套，SCALANCE各系列交换机21台以及网络附件若干。控制系统配置图如图2所示：（公辅系统从略）

图2：控制系统配置图

各控制站、控制站与操作站之间采用工业以太网连接。其中，高炉主体部分为1000M光纤环网，操作站为SERVER/CLIENT结构，设有冗余SERVER对和工程师站，在PlantBus和TerminalBus环网中选用了SCALANCE X414-3系列的1000M冗余管理型交换机；其它公辅系统以100M光纤星型方式接入主环网，该部分选用了SCALANCE X200系列的交换机。

控制器部分，对于矿槽系统、炉顶系统、高炉本体系统、热风炉系统等高炉主体部分选用AS417-4-2H组件包（双电源模块、双CPU模块，双以太网通讯模块、双PROFIBUS通讯网络），其它公辅系统选用AS414-3组件包。ET200M I/O部分选用带有热插拔功能的有源背板和具有高性能的接口模块IM153-2HF，对于热备系统则选用双电源模块、双总线接口模块。

工程师站、操作员站（包括SERVER、CLIENT、单站）均选用预装有PCS7软件的SIEMENS IL43系列工控机。

对于热备系统的PROFIBUS网络，选用Y-LINK将具有PROFIBUS接口的传动装置和编码器接入并实现切换的功能。

本系统还留有于二级系统的网络接口，通过SCALANCE X200系列交换机连接至主环网并通过SCALANCE S硬件防火墙隔离。

3. 控制系统完成的功能－用户自定义功能库

在PCS7所提供的功能库的基础上，我们对其进行了延伸和扩展，开发了适合冶金行业特别是高炉控制方面的自定义功能库。通过使用该功能库，工程师一次性的编程即可完成如下工作：

• AS控制器中运行的过程控制回路控制算法；
• 针对控制回路在上位机中相关画面下对应的监视回路图标；
• 控制回路在上位机中对应的操作及参数设置子画面；
• 控制回路对应的相关报警信息、趋势归档及用户操作记录等。

如图3所示的矿槽系统流程图中包括了各种电机、电磁阀、电动阀等69个电气回路，都是通过在CFC中调用自定义功能库中相应类型的功能块并编译OS自动上传至流程画面的。下面结合不可逆电机块MOTOR_NR介绍自定义功能库实现的功能。

图3：矿槽系统流程图

3．1．AS中的功能块类型（block types）

首先需要定义功能块的特性、声明功能块参数和本地变量。在这部分中，我们注重考虑了功能块头和功能块参数中报警和OCM（operator control and monitor）这两个属性，以便可以将需要的变量状态和报警消息显示在block icon或faceplate上。例如电机的运行状态、连锁状态、处于何种被控方式、是否处在报警状态等，都可以通过定义功能块管脚的OCM属性上传。还定义了功能块管脚的文本属性，从而可以在功能块实例对应管脚的属性对话框中组态用于在OS上显示的文本。如图4中所示，由于在声明参数属性的代码中定义了参数MONITOR、TIME_ON的文本属性，因而可以在MONITOR管脚的的属性对话框中定义当MONITOR=0时显示“监视切除”，当MONITOR=1时显示“监视投入”；在TIME_ON管脚的属性对话框中定义其用于显示的标签名“监视时间”和单位“秒”。这样使得大量用于显示的信息都可以在AS中组态和修改，很好地保证AS/OS的一致性，并大量节省HMI的工作。

图4：通过定义功能块参数的文本属性在OS上显示文本

通过调用SFC6(RD_SINFO)读取到相关的OB信息，实现了功能块的初始化和异步启动及容错处理。例如，当读取到CPU暖启动时（OB100），我们编写了某些重要参数的初始化程序，当读取到中断信息（OB80、OB86），则编写了错误中断或循环中断处理程序。另外，通过定义SAMPLE_T管脚并配合激活编译时的”Up date Sampling Time”功能，可以自动采集调用当前功能块的循环OB的时基值，省去了改变功能块调用OB后的手动改写，既方便又减少了由于忘记改写而带来的错误。

通过调用Alarm_8p功能块，组态了用户定义功能块中的报警消息，将该功能块中需要显示的报警消息上传至OS，如电机故障、运行超时故障等。AS控制器从Stop状态到Run状态的过程中，CPU需要处理相关的初始化代码，建立与上位机的通讯连接等。系统启动后再开始执行循环程序，如果在启动初期，系统各控制回路同时有很多的报警消息需要上传到OS，势必导致此时的CPU负荷偏大。因此，在功能块的代码中考虑了报警抑制部分。此代码在系统启动初期（或该功能块被调用的前几个循环中）抑制该回路的报警输出。完成了Alarm_8p功能块的组态和报警抑制代码的编写之后，还需要完成该功能块的报警组态。在报警组态对话框中，定义了功能块的报警类型、优先级、区域、来源等特性。特别是利用功能块相关报警定义的报警属性可以应用于该功能块类型的所有实例。如图5所示，定义了MOTOR_NR功能块的3条报警消息的消息文本，通配符$$BlockComment$$代表功能块实例中Comment字段中组态的内容，因而可以根据不同的块实例自动生成对应的报警消息，而不用逐条组态，该功能对于组态具有大量相同回路流程的报警非常方便。

图5：功能块报警的组态

3．2．OS中的监控图标（Block Icon）和面板（Faceplate）

功能库中每一种在OS上需要操作、监控的功能块都<