PCS 7 控制系统在海化纯碱装置中的应用(转载)-专业自动化论坛-中国工控网论坛

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发表于：2005-04-06 13:31:00

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李崇庚先生，上海西门子工业自动化有限公司项目经理；肖建祥先生，山东海化股份有限公司纯碱厂副总工程师。关键词：纯碱 PCS7 过程控制系统 Profibus 现场总线　　以盐、焦炭和石灰石为原料生产纯碱的工艺十分成熟，但是自动化水平差异较大。落后的自动化控制水平必然影响产品的产量和质量。而纯碱又是基础的化工原料，如制造玻璃等都离不开纯碱，所以提高纯碱行业的自动化水平对于发展无机化工行业是一项战略性举措。　　从我国现阶段纯碱生产企业来看，自动化水平参差不齐，很多企业的自控设备(PLC+常规仪表)不符合大型纯碱装置生产连续化和集成化的要求。同时，新一代过程控制系统已具有完善的可靠性、安全性和容错性，开放的系统集成平台，又融入了现场总线技术的应用，已为燃料乙醇装置实现综合自动化系统CIPS提供了丰富的技术条件。一控制系统的配置　　以盐、焦炭和石灰石为原料生产纯碱的工艺主要工序包括：原料储运、石灰工段、盐水工段、蒸吸氨工序、压缩工段、碳化工段、轻灰锻烧工段、重灰锻烧工段、包装及成品库工序，以及配套的公用工程。　　根据现场控制要求，我们选用了西门子SIMATIC PCS 7过程控制系统，它具有下述功能：　　首先，PCS 7系统能实现各层级的冗余以提供极高系统可靠性：系统级采用冗余C/S(客户机/服务器)架构，允许最多16台客户机访问服务器内的数据；控制器间和服务器及工程师站间通过100Mb/s冗余以太光纤环网进行连接；控制站采用冗余、容错的设计；各控制站通过冗余Profibus-DP总线和现场ET200M分布式I/O连接。　　其次，PCS 7系统集成Profibus现场总线技术，可直接与分布式I/O和基于DP总线的智能化现场设备进行快速通信，通信速率达12Mb/s，如采用多模光缆，两站间通信距离可达15km。　　再次，PCS 7系统采用了先进的国际工业标准，包括XML、OPC、ODBC、@aGlance、ISA S88、ISA S95，能无缝集成在公司范围内的信息网络如MES、ERP中。　　另外，PCS 7系统还具有图形化工程组态环境，符合ISA S88标准的顺序控制功能图、ISA S88.01标准的配方管理器。　　我们选用C/S结构作为该系统的操作管理系统，以便于将来的扩充和维护。采用C/S结构相对于采用单个操作站来说具有以下优点：　　(1)数据的同步和完整性，在C/S结构中，实时数据存放在服务器的数据库内，而客户机内无数据库，它通过网络对服务器的数据进行访问和操作。由于系统中只有一个数据库，就能避免多操作站产生的数据不同步等问题。　　(2)报警确认的唯一性，系统产生的任何报警都能在任意一个客户机上进行一次确认，从而避免多操作站有时需进行多次确认等问题。　　(3)良好的系统性价比，当操作站较多时，采用C/S结构可节约成本。　　(4)系统的可靠性较高，由于采用了冗余的高档服务器，使系统可靠性大大提高。　　(5)历史趋势和报表的统一完整，只有数据的同步和完整，才有可能获得准确的历史趋势和报表。良好的系统扩展能力，如增加操作站只需增加廉价的客户机即可。PCS 7的C/S结构可以多达6对服务器，每对服务器可以带16个客户机。每个冗余服务器可处理640000个变量。　　根据工程具体要求，控制系统配置如图1、2。

　　整个控制系统共设8对冗余、容错控制站，石灰工段用1套414H、轻灰压缩用1套414H、压缩工段用1套414H和1套417H、碳化工段用1套414H和1套417H、蒸吸工段用1套417H、重灰工段用1套417H。另外，有27套S7-300 PLC系统实现电气部分的全部控制。　　由于循环水工段仪表控制部分的控制点距离中控室很远，所以我们采用远程ET200，通过4个OLM和光缆将相应信号传给蒸吸工段的控制系统。二通信的特点　　山东海化纯碱装置实施PCS 7过程控制系统，其显著特色是采用Profibus现场总线和开放控制网络平台。Profibus由3个兼容部分组成，即Profibus-DP、PA、FMS。　　它提供3种类型传输技术：DP和FMS的RS-485传输；PA的IEC1158-2(H1)传输；光纤。　　PCS 7系统集成了现场总线技术，其优点：(1)优化的分布式工厂结构：空间和布线要求低。(2)过程信号、诊断和行规标准化。(3)循环检查，参数化简单，缩短调试时间。(4)优化的诊断和预防性维护，良好的寿命周期管理。　　在本工程中，主要使用光纤环网，同时也采用Profibus-DP进行远程I/O和控制站的通信以及就地控制设备和控制站的通信。

三与工厂信息管理系统的集成　　由于工厂信息化水平的不断提高，越来越多企业将生产过程数据引入工厂管理系统并成为生产决策、成本管理、工厂决策、资源有效配置与管理的依据。为适应生产环境的不确定因素和市场需求的多变性，现代综合自动化系统需将常规控制、先进控制、过程优化、生产调度、企业管理、经营决策等功能集于一体，以达到高质量、高效益和高柔性目的。于是，提出了基于ERP/MES/PCS三级结构的现代过程工业集成制造系统。　　山东海化在实施过程控制系统的同时，也将生产数据通过网络服务器传至工厂信息管理系统，从而实现工厂信息化管理。　　PCS 7上位机系统的WinCC集成了Web发布功能，使得用户可通过Intranet/Internet在Web浏览器上显示现场过程画面。这也是本工程在与MES集成功能上的一个特色。　　我们在MES服务器上安装WinCC基本软件和Web Navigator服务器软件，将所需过程画面通过Web Navigator的发布功能制作成Web网页。接着，在Web Navigator管理器下创建Web站点和授权用户。而作为Web Navigator客户端，我们采用的是瘦客户机解决方案，安装Windows的计算机/瘦客户机通过有ActiveX支持的Internet Explorer来浏览Web Navigator服务器中的页面。在注册授权Web客户机端安装Web Navigator