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PCS7在离子膜烧碱项目中的应用 |
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作者：上海西门子工业自动化有限公司 张波 |
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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。(end)
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(6/13/2005) |
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