CC-link关于城市煤气的应用

基于CC-Link的城市煤气分布式变频供给系统的设计（节选）
　　吴道虎，华中科技大学水电与数字化工程学院         王绪军，中国船舶重工公司第710研究所

　　为实现城市煤气恒压供给和安全输送，采用了现代变频供气技术。整个控制系统设计采用三菱新型MELSEC-Q型PLC、并采用CC-Link现场局域控制网络技术，由一台主站、一台备用主站以及四个现地控制单元和两个备用现地控制单元架构了一套基于CC-Link的分布式城市煤气变频供给分布式控制系统。由于CC-Link具有完善的RAS功能，使整个控制系统的可维护性以及可靠性极大提高，自系统投运以来，性能稳定，控制品质好，极大提高了城市煤气供给质量。
　　一、引言
　　城市的管道煤气一般采用储气罐集中供气的方式，在居民用气高峰，特别是晚上，煤气气压波动较大，极大地影响了居民的生活质量，为消除这种影响，使煤气气压基本恒定，采用现代变频供气技术，使气压稳定，较传统的供气方式相比，不仅可保证供气质量，还可降低控制成本。
　　山东某城市的集中储气线路有东西南北四条管路，分别对应四个城区，我们采用一台三菱新型Q型PLC作主站、一台Q型PLC作备用主站，四台Q型PLC作从站，分别控制四条管路的气压和流量，为提高系统的安全可靠性，另外添加了两个备用从站，并用CC-Link作现场控制网络，架构了一套城市煤气分布式变频供气系统。由于系统采用了高品质的PLC、性能稳定的CC-Link现场总线技术，该系统投入运行以来，一直运行稳定，极大提高了市政工作的服务品质和居民生活用气质量，深得用户好评。
　　二、系统设计与实现
　　1  系统架构图

　　整个分布式控制系统分为两层结构，煤气储存罐管理系统以及现地实时控制系统，管理系统由过程控制服务器、生产计划服务器、控制中心Web服务器以及CC-Link网络管理服务器，现地控制系统由四个现地控制单元和两个备用从站组成。四个现地控制单元分别控制城区的东南西北四条煤气管路，两个备用从站，一旦四个现地控制单元的其中一个出现故障，将无缝挂接，起到备用作用。变频器选用三菱FR-500型，利用PLC可以监测其电流、电压、频率、转速、压力等，也可以控制变频器的各类参数。系统架构图详见图1所示。
　　2  CC-Link局域控制网
　　安全可靠的煤气供给对整个控制系统的可靠性提出了很高的要求，除系统硬件本身具有极高的可靠性外，另一解决方法需要设置主站和备用主站构成冗余系统。虽然CC-Link是一现场级的局域测控网络，但是CC-Link提供了很多高一等级网络所具有的功能，如：可以对其设定主站和备用主站，由于其造价低廉，因此性价比较高，采用CC-Link可以构成一个简易的PLC控制网，与真正的控制网相比，价格极为低廉。在系统中，采用CC-Link给系统带来了如下优势与特点：
　　1）自动刷新功能、预约站功能使控制系统无缝连接备用从站，实现无扰控制。
　　2）完善的RAS（Reliability可靠性、Availability有效性、Serviceability可维护性）功能使控制系统可维护性极大提高。
　　3）互操作性和即插即用功能给系统备件的储存提供了多生产厂家的选择。
　　4）循环传送和瞬时传送功能提高了系统数据通信的速率。
　　5）优异抗噪性能和兼容性。
　　3  CC-Link网络设置与编程
　　在基于CC-Link现场总线的应用过程中，最为重要的一部分便是对系统进行通信初始化设置。目前CC-Link通信初始化设置的方法一般有三种，1）采用的是最基本的方法，即通过编程来设置通信初始化参数。2）使用CC-Link通信配置的组态软件GX-Configurator for CC-Link，采用通信初试化设置的方法。该组态软件可以对A系列和QnA系列的PLC进行组态，实现通信参数的设置，整个组态的过程十分简单，但遗憾的是，目前该方法还不支持Q系列的PLC。3）通过CC-Link网络参数来实现通信参数设定。这是Q系列的PLC新增的功能，而A系列和QnA系列PLC并不具备这项功能。整个设置的过程相当方便。只要在GPPW软件的网络配置菜单中，设置相应的网络参数，远程I/O信号就可自动刷新到CPU内存，还能自动设置CC-Link远程元件的初始参数。如果整个CC-Link现场总线系统是由Q系列和64个远程I/O模块构成的，甚至不须设置网络参数即可自动完成通信设置的初试化。
　　由于本系统采用的是Q型PLC，所以利用网络参数设置的方法是最为简单有效的，他只要按规定填写一定量的参数之后就能够很好的取代繁冗复杂的顺控程序。在发生错误或是需要修改参数时，同组态软件一样，也能很快地完成，减少设置时间。然而它的不足之处，在于

设置过程中跳过了很多重要的细节，从而无法真正掌握PLC的内部的运作过程，比较抽象。例如在填写了众多参数之后，虽然各站的数据链路能正常执行，但是却无法理解这些参数之间是如何联系的，如何作用的，如何使得各站的数据链接得以正常完成。在实际CC-Link的应用中，通过网络参数来进行通信初始化设置的方法不失为一种最为优越的方法，方便、可靠、功能全面这三点就已经很好的满足了系统的需求，缩短了CC-Link现场总线在应用于各种不同的工控场合时设计和调试的时间，降低了工作的难度，更方便了以后的故障检修和维护。遗憾的是它只适用于小Q系列PLC。
　　4  系统运行状况
　　该监控系统投运以来，运行稳定可靠，使用方便，功能全面，极大提高了城市煤气公司的调度管理水平和居民供气的安全性。系统拥有强大的历史报表、趋势显示和数据分析功能，所以可以实现对城市煤气输配管网的能力评估、压力和储气量控制方案的制订和对漏失率的控制。由于及时掌握了高低峰用气时间和易损件的维修更换频率，使用调度处理器就能方便地调度气源，大大降低了能耗，减少了事故发生概率，节省了成本。随着煤气用户增加，系统不断调整、扩充，不断有第三方设备系统接入，系统表现出良好的可靠性、兼容性和开放性。例如，本系统利用了FESTO（费斯托）株式会社的CPA10/14-IFB-CC阀终端，是一可以与CC-Link主站直接连接的高速、大流量电磁阀，它占有1个站，可以输出22连。1个线圈的阀最多可以有22连，2个线圈的阀最多可以有11双级连，本系统采用的单电磁阀10连和双电磁阀6连的组合。
　　三、应用体会
　　在整个煤气变频分布式控制系统设计中，采用了可靠性高和功能较强的CC-Link
　　现场总线局域网，有以下几点体会：
　　n  CC-Link现场总线使用简单、适用、性能可靠、投资少，且CC-Link系统布线简洁，方便维护、维修，降低系统成本。
　　n  CC-Link的扩展性强、分散性好、网络传送速度快。采用CC-Link组建的BUS网络最快的速度能达到10Mbps，并可以进行大容量的数据通讯，传送的距离比较长。这一点很大程度上可以提高整个控制系统的控制品质，尤其是PID调节品质。
　　n  CC-Link系统具有丰富的RAS机能，这样就使得系统运行更可靠。
　　n  主站和本地PLC之间可以实现N:N的循环链接传送，很容易构建分布式的监控系统。
　　n  CC-Link系统的网络比较开放，一般国内外的周边设备都能够使用。本系统中就有其他的带有CC-Link总线的工控产品，运行还比较可靠。
　　n  控制系统采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节气泵转速改变气泵煤气流量，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。
　　（本文获得首届"CC-Link征文活动"二等奖）