西门子 PCS7在山东海化苯胺工程中的应用.docx

西门子PCS7在山东海化苯胺工程中的应用天祥化工厂山东海化股份有限公司座落在世界著名的风筝之都山东省潍坊市西北部渤海莱洲湾南畔，是由国有特大型企业山东海化集团有限公司作为独家提议人，于1998年5月在深圳证券交易所挂牌交易的上市公司.下设纯碱厂、天祥化工厂等多家子公司。山东海化，以开展循环经济为主导，致力于开展海洋化工，依托当地得天独厚的盐资源上风，成功开发出以纯碱为主导产品核心，以溴素、三聚氰胺、氯化钙、硝酸钠、亚硝酸钠等主要产品为辅助，由碱系列、溴系列、苦卤化工、精细化工等产品构成的产品系列。纯碱、溴素、溴化物、氯化钙、三聚氰胺等多种产品的市场占有率雄居全国首位。进入21世纪以后，山东海化加快了开展的步伐，先后上马了纯碱厂60万吨/年纯碱工程，天祥化工厂4万吨/年甲烷氯化物、10万吨/年乙酸乙酯和5万吨/年苯胺工程。同时山东海化与西门子的合作也进入了一个新阶段，以上这四套装置的DCS系统全部采用了西门子PCS7，主要由上海西门子工业自动化有限公司集成。山东海化纯碱厂60万吨/年纯碱装置已于2004年初投入运行，三年来获得了很好的经济运行效果，使纯碱厂成为亚洲最大的纯碱消费厂。山东海化天祥化工厂，成立于2004，致力于化工产品消费。先后建立了4万吨/年甲烷氯化物、10万吨/年乙酸乙酯和5万吨/年苯胺工程。为山东海化向化工产业的纵深开展迈出了坚实的步伐。上海西门子工业自动化有限公司近年来完成了多个化工装置的控制系统，如江苏梅兰离子膜一期、二期，江苏梅兰PTFE，山东亚星离子膜，山东亚星双氧水，上海赛科空分等，具备化工装置控制系统集成的较强实力和丰富经历。这些工程的成功施行同时也证实了PCS7在化工领域运用的优越性。二、消费工艺山东海化股份有限公司天祥化工厂5万吨/年苯胺装置苯胺装置采用化学工业第二设计院提供的消费工艺，该工艺主要分为硝化单元、复原单元、精制单元、废酸浓缩单元、废水处理单元和氢压机单元。各单元简介如下：1硝化单元苯和硝酸反响83的硫酸作为催化剂，生成硝基苯，并产生6870的废酸。2复原单元硝基苯经过初馏塔和精馏塔精制后成为精硝基苯；精硝基苯加氢复原单铜硅胶为催化剂，生成粗苯胺。3精制单元粗苯胺经过脱水塔和精馏塔精制后成为精苯胺，精苯胺为最终产品。4废酸浓缩单元废酸经提取去除硝酸后蒸发成为83的硫酸，再供硝化使用；5废水处理单元在硝化反响中产生的废水，经废水汽提塔回收局部硝基苯后去污水处理单元进展处理。6氢压机单元共4各氢压机组，用于氢气的压缩，压缩空气供加氢复原使用。由于苯胺装置具有易燃易爆的特点，在本体设计时增加了很多防爆的平安装置，如采用加固装置、平安阀、防爆阀和信号隔离等。同时还采取了德国HIMA提供的ESD紧急停车系统，以降低装置运行的风险。ESD通过Modbus和DCS进展通讯。三、控制系统构成该装置监控系统为SIEMENSPCS7V6.1SP1。SIEMENSPCSProcessControlSystem7系统是面向工业经过的分布式的全集成控制系统，它综合了DCS、PLC及现场总线的技术。开放式网络构造、开放式操纵系统以及开放式接口使公司范围内，即从消费级到治理级的整个信息系统最优化；在全集成自动化的环境下，采用统一的自动化平台实现对整个工厂的自动化控制和治理。全集成自动化方案就是用一种系统完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案，可以大大简化系统的构造，减少了大量接口部件，应用全集成自动化可以克制上位机和各工业控制器之间，连续控制和逻辑控制之间，集中与分散之间的界限。同时，全集成自动化解决方案还可以为所有的自动化应用提供统一的技术环境，基于这种环境，技术人员可以在同一个平台下对所有应用进展组态和编程。本监控系统采用了西门子400系列冗余控制器:2套CPU417-4H仪表局部YB1、YB2和1套CPU414-4H电气局部DQ。系统构造如下：DCS系统构造图本控制系统的特点是：CPU冗余、电源冗余、I/O冗余、Profibus-DP冗余、以太网冗余、效劳器冗余，冗余SERVER-CLIENT构造，双层网络构造，控制网为环网、终端网络为局域网。稳定性显而易见，同时还具有很强的扩展性和移植性。DCS系统通过西门子通讯卡件CP341和ESD系统通讯,采用Modbus485通讯协议，组态设置和编程都特别简单易懂。ESD把自身的状态及其收集的信号状态、ESD报警和动作等信息通讯给DCS，以方便操纵人员及时发现问题并采用相应措施以维持装置的平安运行。下列图为YB1CPU柜的前视图：下列图为YB1硬件配置图：四、控制系统完成的重点分析基于苯胺装置的危险性，在工程之初，设计院、海化天祥化工厂及上海西门子工业自动化有限公司就对监控系统的平安性能做了深化分析，采用了大量的平安栅、继电器以隔离防爆；同时增强了监控系统的冗余，十分是IO冗余。同时海化天祥化工厂的工程师还提出了控制网络环网的监控。这里，就IO冗余和控制网络环网监控作一些分析。1.IO冗余下列图为IO冗余构造示意图，冗余卡件的使用，使得当一个卡件或者通道故障时相应的IO信号仍然可以保持正常。本工程中，用到了AI冗余、AO冗余、DO冗余和Modbus冗余，这里以AI冗余为例讲明。AI冗余分为带有冗余传感器的冗余模拟量输入模板方式：和接入非冗余传感器的冗余模拟量输入模板方式：在本工程中，模拟量输入为4线制或者2线制420mA信号，传感器不冗余，AI卡件为6ES7331-7KF02-0AB0，故采用了第二种方式中的间接电流测量方式。1.1硬件设计下列图为接线原理图:由于一个信号要接入两个卡件，所以我们采用了冗余端子，AI冗余端子构造如下仅为示意图，冗余端子可由有资质的柜厂订做或向有资质的第三方购置：R1、R2为250欧姆当信号为420mA2线制时，接线方式如下：CH1+/CH1-接入主卡件相应通道，CH2+/CH2-接入备用卡件相应通道当信号为420mA4线制时，接线方式如下：CH1+/CH1-接入主卡件相应通道，CH2+/CH2-接入备用卡件相应通道12组态设置设置控制器经过影像分区：卡件冗余设置：输入设置，在本工程中测量类型应为15V电压类型而非420mA电流型：地址设置，经过影像区设为PIP1：注：以上设置只对主卡件低地址设置，可以以为备用卡件不存在。13CFC在CFC中，只需对冗余IO的低地址进展组态，可以以为高地址的卡件不存在；且冗余IO的驱动块必须放在和卡件经过影像区对应的OB中，否那么有可能出现信号不稳定。本工程中，卡件经过影像区为PIP1，对应的OB为OB35,所以驱动块应放在OB35中。如下列图所示：2.PlantBus环网监控21OSM状态监视211OSM设置运行PST工具s7wnpstx.exe该工具可以从西门子网站上免费下载，设置OSM的地址。详细步骤可参见其帮助信息，这里不逐一讲明。翻开IEEXPLORER，输入192.168.0.201/，翻开如上网页，LoginID为admin，Password默以为admin。在如下的OSM配置页面内可以对OSM进展详细配置，如，是否监视电源输入，是否监视两个光纤口的状态，等等。212OPC设置添加OPCSNMP节点OSM，做相应设置并ExportTagsforWincc详细步骤略。经过以上步骤，在Wincc工程中生成了OPC连接Simatic_OpcsvrConn，如下列图所示：参数SNMP_OSM.snOsmFaultState的值在OSM正常时为1，故障时为2。213注册OSMOCX控件在GraphicsDesigner中，注册OSM_Control_1_activeX.ocx该控件可从西门子网站下载，并在相应画面中添加该控件，且设置如下。运行后，可监视OSM状态。点击该图标，OSM详细状态如下。22环网监控221OPCScout运行OPCScout，把OSM的相关参数添加到OPC，并生成连接OPC_SimaticNet，如下列图详细步骤略。222画面组态参数OSMsnRmState在环网正常时的值为1，环网故障时为2，因此可在画面中组态以判定环网状态。在相应画面添加一个Ellipse代表环网，其Flashing属性的FlashingLineActive设置如下动态连接，就可以监视环网状态了。动态属性设置如下：画面监视如下：23OSM及环网的报警可以通过GlobalScript把SNMP_OSM.snOsmFaultState和OSMsnRmState的值读取到某个DB块中，再通过CFC可以对OSM状态及环网状态进展监视并进展声音报警设置等。五、工程运行该苯胺装置已于2006年10下旬进展试车，监控系统运行正常。六、应用体会全集成的经过控制系统PCS7为用户提供了统一的平台，它的开放性和组态功能的强大在本工程中得到了充分应用。SIMATICPCS7是西门子公司结合最先进的计算机软、硬件技术，在西门子公司S5，S7系列可编程控制器及TELEPERM系列集散系统的根底上，面向所有经过控制应用场合的先进经过控制系统。SIMATICPCS7采用优秀的上位机软件WinCC作为操纵和监控的人机界面，利用开放的现场总线和工业以太网实现现场信息收集和系统通讯，采用S7自动化系统作为现场控制单元实现经过控制，以灵敏多样的分布式I/O接收现场传感检测信号。SIMATICPCS7是基于全集成自动化思想的系统，其集成的核心是统一的经过数据库和唯一的数据库治理软件，所有的系统信息都存储于一个数据库中而且只需输入一次，这样就大大增强了系统的整体性和信息的准确性。SIMATICPCS7的通讯系统采用的是工业以太网和PROFIBUS现场总线。工业以太网用于系统站之间的数据通讯。SIMATICPCS7采用符合IEC11313国际标准的编程软件和现场设备库，提供连续控制、顺序控制及高级编程语言。现场设备库提供大量的常用的现场设备信息及功能块，可大大简化组态工作，缩短工程周期。SIMATICPCS7具有ODBC、OLE等标准接口，并且应用以太网、PROFIBUS现场总线等开放网络，进而具有很强的开放性，可以很轻易地连接上位机治理系统和其它厂厂商的控制系统。全集成自动化系统控制网络总图操纵员站和效劳器采用客户机/效劳器构造，客户机与效劳器之间通过100MHz以太网通讯.效劳器与AS417H自动化系统的CPU之间采用光缆介质连接，通过100MHz的工业以太网来交换数据.PCS7系统的工程师站同时挂在两个网络上，即连接客户机/效劳器的100MHz以太网和连接自动化系统的CPU的100MHz工业以太网。工程师站可以完成控制画面和控制策略的组态。AS417H自动化系统与远程I/O子站的通讯采用PROFIBUS-DP。AS417H通过PROFIBUS-DP的专用双绞线直接与远程I/O子站相连接.其它AS417H将通过冗余的光缆和冗余的接口模块与各自的远程I/O子站进展通讯，知足分散控制系统技术标准书中1.5工厂及装置简况提出的要求。SIMATICPCS7采用符合IEC11313国际标准的编程软件和现场设备库，提供连续控制、顺序控制及高级编程语言SCL。SCL是一种类PASCAL的高级语言，它采用IEC1131的标准。利用SCL可以很方便地编制用户功能块。用SCL生成的功能块可在CFC中被屡次调用。用户可以把经过的数学模型和优化控制策略用SCL编成功能块，直接下载到控制器中运行。这样，可以把经过的优化控制放在控制器中，全面实现对工艺经过的优化控制。如能纯熟使用连续控制、顺序控制及高级编程语言SCL就可大大简化组态工作，缩短工程周期。很多工艺控制上的难点就会迎刃而解。苯胺装置正面图：精馏塔和循环硫化床：复原画面：由于牵涉到技术机密，天祥化工厂不允许拷贝运行的画面，这里以组态界面代替系统连锁画面：0