基于西门子S7-300 PLC的片碱生产控制系统
2005/8/19 10:36:00
[Key word]systerm、configuration-exploiture、Application [关键词]系统 组态开发 应用 摘要: 新疆石河子开发区天业化工有限责任公司(简称天业化工)于2003筹建20万t/a聚氯乙烯工程,其一期10万t/a聚氯乙烯项目已于2004年11顺利投产运行,与之配套的5万t/a片碱装置是引进瑞士博特公司的双向逆流制碱生产工艺及设备技术,在生产自动化控制上我公司采用西门子s7-300系统,依据工艺条件成功开发了编程组态系统,投产至今,自动控制系统平稳稳定。该装置为公司平衡生产、增长利润发挥着巨大作用。 一、 工艺流程概述: 膜式法生产片碱可分为两个阶段: (1)碱液从32%浓度浓缩至61%,这个阶段可在降膜蒸发器中进行。加热源采用中压蒸汽及二次蒸汽并在真空下进行蒸发;NaOH 经由P-1泵进入EV-1, 浓度有32%升至50%,再经P-2泵进入EV-2,浓度从50%升至61%。 (2)61%碱液再通过降膜浓缩器,以熔融盐为热载体,在常压下将碱液浓缩成熔融碱(浓度为98%),再经片碱机制成片状固碱。 二、硬件配置及网络构成: 1) S7-300开发编程软件一套; 2) WINCC组态软件一套; 3) CP5611网卡2块; 4) 电源: 6ES7307-1EA00-0AA0 2块; 5) CPU315-2DP 2块; 6) IM153冗余组 2套; 7) 通讯模块:CP342-5 4块; 8) AI模件:6ES7331-7NF00-0AB0 6块; 9) AO模件:6ES7332-5HD00-0AB0 4块; 10) DI模件:6ES7321-1BL00-0AA0 3块; 11) DO模件:6ES7321-1BH01-0AA0 2块;; 12) DIN深型导轨 3条; DELL计算机:PVI2.4G 256RAM 40G 19LCD 2台; 激光打印机:HP1300 1台; 三、系统特点: 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 XP/2000操作系统的开放 型全图形化人机操作界面,具有组态灵活,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,有利于工程项目的开发、编程和调试; 6) Win CC提供独特的组态向导, 详细的在线帮助,有利于在较短的时间内快速掌握; 2. 系统通信功能特点 1) MPI通信协议运行于Windows xp环境,用于上位机与控制器间的编程组态通讯; 2) PROFIBUS-DP通信协议运行于Windows XP环境,用于控制器与ET-200 扩展I/O间的实时通讯, 速度可达10M,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); 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; 本系统几个典型的调节回路 1. 流量-温度串级调控 为保证恒定EV-2效体浓度,必须保证要正常、稳定的效体温度,而效体温度又受进碱流量的影响,本回路采用串级,交叉限副调节系统,温度是整个控制过程中主要质量指标之一。在系统中以温度调节为主环,流量调节为副环,加入了一流量单交叉限幅,进碱量不仅仅取决于温度调节器输出信号,而且受到了流量瞬时值的限制,按照经验结论,流量值乘以经验系数作为上、下限幅值,有效地把温度控制在规定指标之内。 EV-1效体温度 、终浓缩温度均以同样控制方式。 2.流量-液位串级调控 保证稳定、适宜的效体液位,对设备使用寿命非常关键。液位高,势必对丝网、二次蒸汽管道造成严重腐蚀;液位低,会对下游的泵造成气蚀。液位的波动也将造成整个系统的震荡,操作人员不易控制,产品质量也将无法保证。采用流量-液位关联控制,效体的液位被稳定地控制在设定值。(下图是05.07.23日系统控制的液位曲线) 3.片碱机变频控制 片碱机是产品最后一道工序的关键设备,以博特公司的控制理念,自主设计、编写程序,实现了瑞士博特片碱机装置国内企业自主编程组态,可靠稳定运行的先例。本回路为一个定值单回路调节系统。其设定值根据现场实际情况需求而升高或降低,变频器的输出频率,相应增大或减小,升降转速,以“变”求“稳”。为保证过硬产品质量、设备安全可靠,分别把转鼓冷却水量、转鼓机封水压作为保护连锁信号,在断水情况下紧急停车,有效的保护了关键设备。 系统各项工艺指标: 1.3.2离子膜法氢氧化钠(片状固体GB/T—1201001199—89)) 通过与国家执行标准的数据比较,我公司生产的片碱浓度属一级品,其他各项数据都比优级品规定的指标还低;优质产品,离不开稳定的液位控制回路,恒定的温度调节回路,更加离不开具有人性化设计理念的联锁控制。控制系统在优质产品生产过程中发挥了尤为重要作用,通过多半年的运行,我们更加清醒地认识到,控制装置在的举足轻重,当然产品质量与博特设备及工艺技术也是息息相关。 缺点与不足 氢氧化钠在制片生产中,温度在380℃以上,属于高温强腐蚀介质,所以效体液位计寿命周期较短,自开车至今,我公司一效液位计已更换1台(镍膜片);包装系统采用机械称,半自动包装,可动件较多,故障率高,影响着装置的开工效率。我们从影响生产稳定的主要源头入手,将国外的设备研究、分析,通过用国产件替代,技术改造等方式完善装置,与生产实际相适应。相信通过我们的努力,瑞士博特装置越加趋于完善、更加适合现场工况条件,为公司经济效益的增长发挥应有的作用。 结束语 该控制系统投用多半年来,性能稳定、运行可靠,界面友好,操作简单,维护工作量很小,受到了操作和维护人员的欢迎;投用后,系统配置灵活,便于设计和调试,性能价格比优越,系统扩展容易且维护工作量小,是企业进行技术改造和中小型生产过程首选的自控系统。正常运行证明:完全符合预期的要求。 参考文献: SIMATIC WINCC V5.0 西门子(中国)有限公司技术资料办 SIMATIC S7-300/400 西门子(中国)有限公司技术资料办 作者简介: 张俊平,26岁,大专,毕业于西安理工大高等技术学院,助理工程师,车间副主任。
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