基于IPC的SNAP I/O分布式控制系统的实现

4 系统配置及温度控制

4.1 系统配置

某煤矿地面瓦斯电站控制系统有开关量输入（DI）80点；开关量输出（DO）44点；模拟量(4-20mA)输入（AI）：28点；热电阻PT100信号（RTD）：12点；热电偶信号（TC）：8点；模拟量(4-20mA)输出（AO）：16点，全系统共计192点。工控机与控制器系统通过以太网的方式通讯。信号全部集中在控制值班室。在进行系统配置时，首先，根据各信号点数选择对应的I/O模块，确定数量。其次，根据I/O模块的数量，选择智能处理器和底板。再者，根据系统的大小和通讯要求，选择控制器。最后，根据以上所选来配套电源和软件。图2为系统配置结构图。系统具体配置如下：

1）、选择I/O模块：

DI： 80点，选择4通道开关量输入模块SNAP-IDC5，数量20个
DO： 44点，选择4通道开关量输出模块SNAP-ODC5-I，数量11个
AI： 28点，选择2通道模拟量输入模块SNAP-AIMA，数量14个
RTD：12点，选择2通道热电阻输入模块SNAP-AIRTD，数量6个
TC： 8点，选择2通道热电偶输入模块SNAP-AITM，数量4个
AO： 16点，选择2通道模拟量输出模块SNAP-AOA-23，数量8个

模块数量：开关量：31个，模拟量：32个； 总计：63个

2）、选择智能处理器和底板

在SNAP I/O系统中，有16槽底板SNAP-B16M。根据I/O模块的数量，我们计算出底板的数量：63/16=4；

每一个底板上必须配套一个智能处理器。以16槽底板为例：SNAP-B3000可以处理8个开关量模块或16个模拟量模块；若同时处理，则可以配置8个开关量模块+8个模拟量模块。SNAP-BRS只能处理8个开关量模块，配套SNAP-B8M底板。我们配置4个SNAP-B3000，就可以满足要求。

3）、选择控制器

本系统要求工控机与控制器系统通过以太网的方式通讯，所以我们必须选择SNAP-LCM4控制器，另配工业以太网卡M4SENET100。但在一般情况下，若系统规模不大，模拟量较少，可以配置SNAP-LCSX-PLUS或SNAP-LCSX控制器，他们与工控机之间采用的是RS232/485通讯方式通讯，速度相应要低一些，控制器的性能也要弱一些。但一般可以满足大部分工业控制要求。。

4）、配套电源及软件

一般情况下，每个底板采取单独供电方式，SNAP-LCM4也要求单独供电。所以在本系统中，需要5个电源SNAP-PS5C10。在某些情况下，特别是信号全部集中在一起，系统的所有底板安装在一个控制柜内，处理开关量信号的底板又非常多，我们也可以2-3个底板共用一个电源，但必须保证电源的负载能力在允许的范围内。

软件采用配套的FactoryFloor，可以完成控制、人机界面、数据库连接等许多功能。由于采用的是流程图编程方式，控制程序简单、易学、易懂、易修改、易维护。

图2. 系统配置结构图

4.2 温度控制

瓦斯电站燃气涡轮机余热锅炉是一套冷水、热水混合循环控制系统，控制对象包括热交换器风门、电动调节阀等多个对象。由SNAP I/O控制系统构成的智能分布I/O控制系统，可以实现液位控制、温度控制、压力控制、比值控制等多种控制方案。其中温度控制是较关键的环节，是构成其他控制系统的核心。根据现场要求，采用PID系统功能块实现温度闭环控制系统。控制系统的原理是采用热电阻来采集锅炉内的温度，与工艺设定的温度曲线进行比较，对误差进行PID调节运算，调整输出信号，调节燃气涡轮机与余热锅炉热交换器的风门开度，最终控制锅炉的温度。在PID调节过程中，控制程序开发人员可以获取当前的PID调节参数并可以直接把这些参数写入配置器。该系统采用工控机、控制器、智能板三级CPU控制，PID运算在最底端的智能板中处理，无须控制器参与即可完成，使系统具有较高的实时性；系统采用前端智能分布式I/O控制，系统I/O点数容量较大，扩展方便，灵活；该系统的前端智能I/O模块都具有4000V光电隔离，模拟量的通道间也提供隔离功能，具有相当高的可靠性和较高的现场抗干扰能力。

该控制系统能够在上位计算机上设定温度工艺曲线，并按温度测量值和设定值双四位显示；可实现控制的手动/自动切换和定时升温功能；具有超温保护及声光报警功能；为了防止出现大的超调，对不同温度给定值，取不同的积分保持上下限值，并可根据不同情况的出现适当调节PID的参数；实时显示、记录每个检测点的温度值和压力值，并且形成历史数据库文件，供今后查阅。系统稳定、可靠，控制精度在3%以内。

5 结束语

SNAP I/O控制系统在工业自动化硬件和软件方面具有实用性以及创新性，它与Microsoft的操作系统和应用程序结合，为一体化控制提供了极为可靠的基础。用户既可以方便地进行系统工程组态，可实现多种控制策略，易于操作，同时也易于实现与企业管理网的通讯及数据交换，实现管理监控一体化。该系统在瓦斯电站应用以来安装调试简便、运行稳定可靠、人机界面友好，具有良好的应用推广意义。