PCS7系统是面向工业过程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。开放式网络结构、开放式操作系统以及开放式接口使公司范围内,即从生产级到管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管理。
项目简介
该项目是江苏梅兰集团梅兰化工厂年产5万吨离子膜烧碱项目。梅兰集团是一家大型综合型化工企业,其产品包括氯碱、氟产品、制冷剂等几大类,三十多种产品。 (图片)
图1:电解槽 烧碱的制备方法主要有隔膜法和离子膜法。相对于隔膜法,离子膜法可降低能耗、产品纯度高、污染小、无公害,更符合环保要求。但离子膜法工艺复杂,对控制的要求高。梅兰化工厂选用的SIEMENS新一代过程控制系统PCS7 V6.0,结合PROFIBUS现场总线技术,是离子膜烧碱行业较好的控制系统解决方案。
系统简介
该项目主要工段包括 :二次盐水、氯氢控制、电解、阴极液冷却和加热、脱氯、高纯水、高纯酸等。
该项目使用了两套AS417-4H系统,过程I/O点为2000点,2台冗余服务器,12台操作员站,1台工程师站,40个ET200M。一套CPU用于控制电解和氯氢处理部分,另外一套CPU控制辅助工段。二次盐水部分由两套S7-300 PLC进行控制,通过PROFIBUS-DP连入DCS。
系统特点 :CPU冗余、电源冗余、I/O冗余、以太网冗余、Profibus-DP冗余、服务器冗余。
控制系统构成
系统配置如图2所示:(图片)
图2:系统配置图 ◆ 由于离子膜工艺复杂,联锁多,对控制系统的可靠性要求高,因此,选用冗余的417-4H CPU、电源、以太网、PROFIBUS-DP通讯网络、I/O卡及WinCC服务器。
◆ 417-4H CPU具备事件同步功能,可靠保证两台CPU的程序和数据的一致性。在主CPU发生故障,突然死机的情况下,处于监控状态的CPU马上切换为主CPU接替原主CPU的控制功能。
◆ 工业以太网是采用OSM交换机连接的光纤环网,通讯速率为100 Mbit/s。
◆ PROFIBUS现场总线技术使DCS改变了传统的集中式I/O结构,冗余的RPOFIBUS-DP通讯方式,提升了通讯的可靠性。ET-200M分布式I/O的性价比大大高于集中式I/O。
◆ 对于过程中比较重要的I/O点,采用冗余的卡件。当其中一块卡件出现故障,系统自动从另一块卡件中读取或输出信号,不影响系统对现场设备的监视或控制。
◆ 控制机柜的供电有两路冗余220V AC,其中一路断电时,另外一路可保证系统无扰动地平稳运行。
◆ WINCC数据服务器采用两台IBM SERVER。通过工业以太网与CPU交换数据。
图3为AS1站的硬件组态图 (图片)
图3:硬件配置图 控制系统完成的功能
PCS7为工程师组态和编程提供了一个统一的平台。在SIMATIC MANAGER平台下,有三个视图:组件视图、工艺视图和过程对象视图。
离子膜法电解生产烧碱过程中有许多复杂调节回路,包括阴极液温度调节、盐水PH值调节、盐水/阴极液/纯水流量调节、氯气/氢气/氯氢压差压力调节等。对这些回路的控制效果直接影响到生产的平稳运行。
离子膜安装在电解单元槽中,生产时直流电压加在电解单元槽两极,在电流的作用,盐水电解生成氯气、氢气和烧碱。交流电转换为直流电是通过整流器完成的,因此,对整流器的控制是项目中的关键点之一。
整个工厂设置了三个级别的安全联锁 :
◆ 整流器降负荷 :有11个联锁条件,其中任何一个满足则该联锁启动;
◆ 单个电解槽停车:有14个联锁条件,其中任何一个满足则该联锁启动;
◆ 全厂停车:有20个联锁条件,其中任何一个满足则该联锁启动。(图片)
图4:WINCC画面上TIC-3125回路 温度控制回路TI-3125为例,说明应用PCS7如何组态。
TI-3125温度控制回路功能描述:
TI-3125控制回路是用来控制苛性钠在电解装置中循环的温度。
PV:实际过程值;
SP:操作员设定的最终温度值;
<50 :在PV<50℃时的设定值上升/下降速度;
>50 :在PV>50℃时的设定值上升/下降速度;
操作人员可以选择三种操作状态:
冷却COOL :TV-3125.2处于操作状态,TV-3125.1关闭。操作人员把TIC-3125B/PID控制器切换到“自动”、“外给定”后,冷却开始。TIC-3125B/PID的外给定设定值从当前值按照设定的下降速度到达最终的SP值。
待机 STANDBY :TV-3125.1和2都关闭,PID控制器锁定为“手动”、“内给定”。
加热HEAT :TV-3125.1处于操作状态,TV-3125.2关闭。操作人员把TIC-3125A/PID控制器切换到“自动”、“外给定”后,加热开始。TIC-3125A/PID的外给定设定值从当前值按照设定的上升速度到达最终的SP值。(图片)
图5:TIC-3125A组态画面 对于从加热到冷却必须经过待机状态,反之亦然。
应用CFC组态如下:
◆ 调节阀TV3125.1由TIC-3125A控制。在使用CFC编程时,系统提供了标准的PID功能块。
◆ 调节阀TV3125.2由TIC-3125B控制。图6为CFC图。
◆ WINCC界面上的PID面板使用PCS7的标准面板。在组态完成后,在SIMATIC MANAGER中选择OS/COMPILLE功能上传标签到WINCC,然后进行动态连接,完成WINCC画面。由于篇幅限制,在此不再一一赘述。(图片)
图6:TIC-3125B组态画 应用体会
PCS7结合了传统DCS与PLC的功能,编程组态手段灵活多样,系统可靠性高、扩展性强,能满足用户的各种要求。对于离子膜烧碱行业,对系统的稳定性、可靠性要求非常高,而且工艺复杂、联锁多。而西门子PCS7系统很好地满足了该领域客户的需要。
6/13/2005
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