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西门子PCS7冗余系统在北海涠洲炭黑自动化生产线的成功应用

一.北海涠洲炭黑自动化工程简介

北海涠洲炭黑自动化生产线自控系统方案的技术要求和经济指标如下:

1.   系统软硬件总体要求

1)   系统先进成熟可扩展,以便今后建立全厂级的控制-管理一体化;

2)   系统组态软件平台采用Windows NT操作系统;

3)   系统提供高级语言接口和高级算法;

4)   系统提供在流程画面上支持控制调节窗口、报警窗口和报表窗口等;

5)   系统具有操作员级的控制站和I/O模板运行状态自诊断及显示功能;

6)   系统具备带电插拔功能;

7)   系统冗余功能:通讯网络、控制器和电源都要求冗余。

2.   系统功能要求

1)   调节控制系统功能:双闭环控制调节回路14个;单闭环控制调节回路13个;远程手操调节回路14个。

2)   安全连锁系统功能:包括有各反应炉温度、风机、水泵安全连锁信号和天然气、一氧化炭浓度探测安全连锁信号。

3)   显示操作打印系统功能:高分辨率各种画面直观显示,鼠标操作,屏幕列表报警,实时参数、状态和操作记录等报表打印。

4)   信号处理系统功能:AI合计102路,AO合计48路,DI合计134点,DO合计63点。

二、自控系统方案

本工程采用德国西门子公司基于全集成自动思想化的新一代过程控制系统PCS7,具体系统方案既保证其技术和经济指标,又保证用户在使用后在当前激烈的市场竞争中稳操胜券经过仔细分析、对比和研究上述系统需求,我们选定的集成方案见附图。有关该系统的主要特点简述如下:

1.   工程师站和操作员站的特点

1)    充分贯彻西门子公司全集成自动化的思想,系统具有统一的通讯、统一的组态工具、统一的数据库,消除了传统的DCS与PLC之间的鸿沟;

2)    监控软件WinCC (视窗控制中心)为基于 Windows 95/NT操作系统的开放 型全图形化R人机操作界面,具有组态方便,操作简单的特点;

3)    Win CC拥有完备的工业图形库,如阀门、反应罐、模拟传统显示仪表、管道等, 方便了工程师设计监控系统的过程画面;

4)    人机界面具有良好的开放性, 支持以太网、Profibus、RS232、RS422/485等通讯方式,支持TCP/IP、网络DDE、ODBC、OPC、SQL、Internet等标准通讯协议;

5)    操作员界面为全汉化界面,并且具有动态语言切换功能,有利于出口项目的开发和调试;

6)    Win CC提供独特的组态向导, 详细的在线帮助,多媒体自学软件, 以及全 套中文使用手册和参考手册,有利于用户在较短的时间内快速掌握;

2.   系统通信功能特点

1)    PROFIBUS-FMS通信协议运行于WindowsJNT环境,用于上位机与控制器间的实时通

2)    MPI通信协议运行于WindowsLNT环境,用于上位机与控制器间的编程组态通讯;

3)    PROFIBUS-DP通信协议运行于Windows NT环境,用于控制器与ET-200 扩展I/O间的实时通讯, 速度可达12M,距离可达9.6公里(电缆)或 90公里 (光缆)。

3.   控制器和I/O模板特点

1)   S7系列控制器和 I/O卡件可靠性高,MTBF在数十万小时以上(最短MTBF =19.6年);

1)   模拟量输入卡具有两线制变送器配电功能,所有类型的I/O信号均有本安卡件供选择;

2)   所有模块均有完善的自诊断功能、传感器断线监测功能、在线插拔功能,保证了系统安全、长时间运行,提高了系统的可用性和可维护性;

4.   控制组态软件特点

1)   系统提供完善的符合IEC1131标准组态工具,包括梯形图(LADER)、语句表(STL)、连续功能图(CFC)、顺序功能图(SFC)、结构化语言(SCL),且各种组态工具可混合使用,交叉引用非常方便快捷;

2)   系统提供近500个CFC标准功能块库,提高了系统组态效率,缩短了工程周期;

5.   冗余系统功能特点

1)   控制器冗余系统可以实现双控制器冗余切换的功能,当主控的CPU出现故障时,另一个CPU自动地接替主控CPU的工作, 切换时间为毫秒级。

2)   通信冗余功能包括:采用PROFIBUS-DP协议的ET200M I/O站冗余通讯接口和电缆,实现与 双控制器(CPU)的 冗余通讯;

3)   电源冗余功能:10A 直流电源冗余配置,用于CPU和模板供电;

三、解决实施中出现的问题   科技由于该工程是我公司第一次应用西门子PCS7冗余系统,在整个实施过程中遇到了一些较小的技术问题,但在西门子公司技术的大力支持和我公司的共同努力下,都得到了圆满解决。在此将问题和解决办法说明如下,以供参考:

1.              问题:新购的EPSON公司LQ-1600-KIII打印机无NT4.0打印驱动程序,不 能打印。办法:安装EPSON公司LQ-1600-KI FOR NT4.0打印驱动程序即可。

2.              问题:炭研院原来未提声卡报警要求,后用户要求增加,但订西门子声卡来不及。办法:购买普通电脑声卡,并编写相应程序解决。

  四、 结论和体会

集合本系统是根据炭黑设计院为北海涠洲终端炭黑厂建设工程自控系统所提技术和经济指标,结合西门子先进的过程控制系统PCS7的特点,特别是应用冗余技术进行配置选型优化设计,才得以中标的。同时在整个实施过程中确实遇到的一些技术问题,不仅做到完全满足招标书的技术条款,现场按期通过调试,并且一次投运成功,获得了化工部炭研院和中国海洋石油南海西部公司北海涠洲终端炭黑厂的一致好评。