采用西門(mén)子S7-300系列PLC和總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)高爐煤氣洗滌控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

高爐煤氣洗滌系統(tǒng)是將高爐回收的煤氣通過(guò)洗滌塔凈化后送至用戶。現(xiàn)將原常規(guī)電氣控制系統(tǒng)改造成PLC集中監(jiān)控系統(tǒng)，該項(xiàng)目包括4座洗滌塔和公共部分。 現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備分布范圍比較廣，如果采用傳統(tǒng)的控制方案，勢(shì)必要敷設(shè)大量的控制和信號(hào)電纜，浪費(fèi)大量的人力和物力，十分不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)使系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低 。采用目前比較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可以降低成本，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)易于 擴(kuò)展和維護(hù)。Profibus是Process Fieldbus的縮寫(xiě)，是一種國(guó)際性的開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) 。目前世界上多數(shù)自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)廠家都為它們的自動(dòng)化設(shè)備提供Profibus通信接口。Profibus已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于加工制造、過(guò)程控制和樓宇自動(dòng)化，是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。Profibus根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)可分為Profibus DP， Porfibus FMS， Profibus PA等三個(gè)兼容版本。Profibus DP是經(jīng)過(guò)高速優(yōu)化的、廉價(jià)的通信鏈路，專為自控系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散式I/O之間設(shè)計(jì)的接口；使 用Profibus總線模塊用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸可以取代昂貴的24 V或0～20 mA并行信號(hào)線。

二、系統(tǒng)功能

高爐煤氣洗滌控制系統(tǒng)的要求是對(duì)煤氣洗滌處理及輸送過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)，使凈化后的煤氣送至用戶。在公司中控室發(fā)出上傳指令時(shí)，將當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)行過(guò)程中的主要工作參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)及一定時(shí)間段內(nèi)的主要工藝過(guò)程曲線等信息上傳到公司中控室。

功能如下：

（1）控制操作：在中心控制室能對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，如啟停某一閥門(mén)，調(diào)節(jié)某些模擬輸出量的大小，在線設(shè)置PLC的某些參數(shù)等。

（2）顯示功能：用圖形實(shí)時(shí)地顯示各現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備的運(yùn)行工況，以及各現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)參數(shù)。用模擬儀表、趨勢(shì)圖、曲線、柱狀圖動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)的實(shí)時(shí)變化情況，使生產(chǎn)管理人員能夠快速、清晰地了解整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行情況。

（3）報(bào)警功能：當(dāng)某一模擬量（如電流、壓力、水位等）測(cè)量值超過(guò)給定范圍或某一開(kāi)關(guān)量（如電機(jī)啟停、閥門(mén)開(kāi)關(guān)）發(fā)生變位時(shí)，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級(jí)的報(bào)警。監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警包括控制系統(tǒng)報(bào)警和生產(chǎn)過(guò)程報(bào)警?？蛇M(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史故障記錄查詢，它能記錄故障名稱、發(fā)生時(shí)間、故障消除時(shí)間等內(nèi)容。

（4） 通訊功能： WinCC是基于標(biāo)準(zhǔn)的Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)的SCADA系統(tǒng)軟件，充分考慮了與其它系統(tǒng)交換信息的必要性，支持如DDE，OLE，ODBC，OPC和SQL等標(biāo)準(zhǔn)?？梢蕴峁┒喾N方式與上層系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。

三、系統(tǒng)組成

如果采用常規(guī)PLC集中控制方式，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)電纜連接到集中控制室內(nèi)的PLC上，由于工藝線路長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)分布范圍廣，需要敷設(shè)大量的電纜及橋架，且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、其施工難度非常大。鑒于此，采用了PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，根據(jù)工藝劃分，系統(tǒng)共設(shè)了五個(gè)主站、十個(gè)總線箱、兩個(gè)操作員站。采用西門(mén)子的S7-300系列PLC，主站采用CPU315-2DP，其帶有一個(gè)DP通訊口和一個(gè)MPI口。各總線箱采用通用性較好的ET200B和ET200eco現(xiàn)場(chǎng)模塊，用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制，并借助Profibus（工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線），方便控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立。

控制系統(tǒng)分為三個(gè)級(jí)別，即管理級(jí)、控制級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。

（1）管理級(jí)

管理級(jí)集中監(jiān)控各個(gè)分站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)采用SIEMENS Industrial Ethernet。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)兩臺(tái)操作員站，選用研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，每臺(tái)機(jī)器上裝有網(wǎng)絡(luò)通訊卡CP1613，它們各通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)分別與五套PLC系統(tǒng)的通訊處理器CP343-1通訊口連接，并選用西門(mén)子的工業(yè)交換機(jī)。上位監(jiān)控采用WinCC組態(tài)軟件，完成系統(tǒng)組態(tài)。

（2）控制級(jí)

控制級(jí)主要功能是接收管理層設(shè)置的參數(shù)或命令，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，將現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)輸送到管理層。系統(tǒng)分公共部分管網(wǎng)和1-4#洗滌塔共五套PLC，并且相互獨(dú)立。Siemens公司S7 315-2DP型號(hào)PLC具有Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)通訊接口，可作為Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的主站。與控制現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程分布式智能I／O模塊連接，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和傳感器通信。集中控制使得整個(gè)控制系統(tǒng)各個(gè)部分之間能夠完全協(xié)調(diào)工作。

（3）現(xiàn)場(chǎng)級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線，公共管網(wǎng)部分由于各控制點(diǎn)分布廣，共配了6個(gè)總線箱，相互串聯(lián).1-4#洗滌塔分別配了1個(gè)總線箱，整個(gè)系統(tǒng)共10個(gè)總線箱，ET200系列各類模塊共計(jì)124塊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)值量和模擬量進(jìn)行采集和控制。

四、系統(tǒng)特點(diǎn)

采用Profibus技術(shù)后，與傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)比較，系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加方便、價(jià)格低廉.ET200B和ET200eco是緊湊型、一體化的設(shè)計(jì)，低成本的現(xiàn)場(chǎng)解決方案。

（2）組態(tài)、調(diào)試更加容易。 無(wú)須其他特殊軟件，在S7軟件包中，用鼠標(biāo)拖拉即可完成Profibus-DP的組態(tài)。不需額外費(fèi)用，設(shè)備故障就可通過(guò)總線報(bào)告，故障定位更加方便。

（3）維護(hù)簡(jiǎn)單。端子模塊上所有的I/O通道都支持短路保護(hù)和過(guò)載保護(hù)，同時(shí)支持通過(guò)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，都為日后設(shè)備維護(hù)帶來(lái)極大的便利。

（4）便于擴(kuò)展和信息集成。 Profibus的使用將孤立的單元設(shè)備帶進(jìn)了信息化網(wǎng)絡(luò)中，為今后系統(tǒng)擴(kuò)展和企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。

（5）最終用戶工程造價(jià)降低。 Profibus技術(shù)的使用，節(jié)省了大量的線纜、橋架、端子排等，培訓(xùn)和維護(hù)費(fèi)用減少，這些都降低了工程總造價(jià)。

五、結(jié)論

在高爐煤氣洗滌控制系統(tǒng)中采用現(xiàn)場(chǎng)總線提高了信號(hào)傳送精度，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)控制靈活性，降低設(shè)計(jì)施工費(fèi)用，減少電纜敷設(shè)，易于維護(hù)和擴(kuò)展的目的，尤其是與傳統(tǒng)集中控制比較，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、維護(hù)及擴(kuò)展上，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)十分明顯。此控制系統(tǒng)于2004年6月調(diào)試完畢，運(yùn)行至今系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在生產(chǎn)管理上了也一個(gè)新臺(tái)階。

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