基于IPC的SNAP I/O分布式控制系統的實現

4 系統配置及溫度控制

4.1 系統配置

某煤礦地面瓦斯電站控制系統有開關量輸入（DI）80點；開關量輸出（DO）44點；模擬量(4-20mA)輸入（AI）：28點；熱電阻PT100信號（RTD）：12點；熱電偶信號（TC）：8點；模擬量(4-20mA)輸出（AO）：16點，全系統共計192點。工控機與控制器系統通過以太網的方式通訊。信號全部集中在控制值班室。在進行系統配置時，首先，根據各信號點數選擇對應的I/O模塊，確定數量。其次，根據I/O模塊的數量，選擇智能處理器和底板。再者，根據系統的大小和通訊要求，選擇控制器。最后，根據以上所選來配套電源和軟件。圖2為系統配置結構圖。系統具體配置如下：

1）、選擇I/O模塊：

DI： 80點，選擇4通道開關量輸入模塊SNAP-IDC5，數量20個
DO： 44點，選擇4通道開關量輸出模塊SNAP-ODC5-I，數量11個
AI： 28點，選擇2通道模擬量輸入模塊SNAP-AIMA，數量14個
RTD：12點，選擇2通道熱電阻輸入模塊SNAP-AIRTD，數量6個
TC： 8點，選擇2通道熱電偶輸入模塊SNAP-AITM，數量4個
AO： 16點，選擇2通道模擬量輸出模塊SNAP-AOA-23，數量8個

模塊數量：開關量：31個，模擬量：32個； 總計：63個

2）、選擇智能處理器和底板

在SNAP I/O系統中，有16槽底板SNAP-B16M。根據I/O模塊的數量，我們計算出底板的數量：63/16=4；

每一個底板上必須配套一個智能處理器。以16槽底板為例：SNAP-B3000可以處理8個開關量模塊或16個模擬量模塊；若同時處理，則可以配置8個開關量模塊+8個模擬量模塊。SNAP-BRS只能處理8個開關量模塊，配套SNAP-B8M底板。我們配置4個SNAP-B3000，就可以滿足要求。

3）、選擇控制器

本系統要求工控機與控制器系統通過以太網的方式通訊，所以我們必須選擇SNAP-LCM4控制器，另配工業以太網卡M4SENET100。但在一般情況下，若系統規模不大，模擬量較少，可以配置SNAP-LCSX-PLUS或SNAP-LCSX控制器，他們與工控機之間采用的是RS232/485通訊方式通訊，速度相應要低一些，控制器的性能也要弱一些。但一般可以滿足大部分工業控制要求。。

4）、配套電源及軟件

一般情況下，每個底板采取單獨供電方式，SNAP-LCM4也要求單獨供電。所以在本系統中，需要5個電源SNAP-PS5C10。在某些情況下，特別是信號全部集中在一起，系統的所有底板安裝在一個控制柜內，處理開關量信號的底板又非常多，我們也可以2-3個底板共用一個電源，但必須保證電源的負載能力在允許的范圍內。

軟件采用配套的FactoryFloor，可以完成控制、人機界面、數據庫連接等許多功能。由于采用的是流程圖編程方式，控制程序簡單、易學、易懂、易修改、易維護。

圖2. 系統配置結構圖

4.2 溫度控制

瓦斯電站燃氣渦輪機余熱鍋爐是一套冷水、熱水混合循環控制系統，控制對象包括熱交換器風門、電動調節閥等多個對象。由SNAP I/O控制系統構成的智能分布I/O控制系統，可以實現液位控制、溫度控制、壓力控制、比值控制等多種控制方案。其中溫度控制是較關鍵的環節，是構成其他控制系統的核心。根據現場要求，采用PID系統功能塊實現溫度閉環控制系統。控制系統的原理是采用熱電阻來采集鍋爐內的溫度，與工藝設定的溫度曲線進行比較，對誤差進行PID調節運算，調整輸出信號，調節燃氣渦輪機與余熱鍋爐熱交換器的風門開度，最終控制鍋爐的溫度。在PID調節過程中，控制程序開發人員可以獲取當前的PID調節參數并可以直接把這些參數寫入配置器。該系統采用工控機、控制器、智能板三級CPU控制，PID運算在最底端的智能板中處理，無須控制器參與即可完成，使系統具有較高的實時性；系統采用前端智能分布式I/O控制，系統I/O點數容量較大，擴展方便，靈活；該系統的前端智能I/O模塊都具有4000V光電隔離，模擬量的通道間也提供隔離功能，具有相當高的可靠性和較高的現場抗干擾能力。

該控制系統能夠在上位計算機上設定溫度工藝曲線，并按溫度測量值和設定值雙四位顯示；可實現控制的手動/自動切換和定時升溫功能；具有超溫保護及聲光報警功能；為了防止出現大的超調，對不同溫度給定值，取不同的積分保持上下限值，并可根據不同情況的出現適當調節PID的參數；實時顯示、記錄每個檢測點的溫度值和壓力值，并且形成歷史數據庫文件，供今后查閱。系統穩定、可靠，控制精度在3%以內。

5 結束語

SNAP I/O控制系統在工業自動化硬件和軟件方面具有實用性以及創新性，它與Microsoft的操作系統和應用程序結合，為一體化控制提供了極為可靠的基礎。用戶既可以方便地進行系統工程組態，可實現多種控制策略，易于操作，同時也易于實現與企業管理網的通訊及數據交換，實現管理監控一體化。該系統在瓦斯電站應用以來安裝調試簡便、運行穩定可靠、人機界面友好，具有良好的應用推廣意義。