PCS7在制氧控制中的应用.docVIP

PCS7在制氧控制中的应用 　　摘要：针对制氧生产监控点较分散、控制回路较多的特点，采用SIEMENS PCS7控制系统，实现了生产过程的集中控制。采用CFC编程语言实现过程参数的监控和调节，采用SFC编程语言实现纯化的顺序控制，采用LAD编程语言实现联锁逻辑控制。经实践证明，该系统取得了良好的效果。 　　关 键 词：PCS7；SFC；制氧；纯化 　　1.引言 　　制氧是钢铁、冶金、化工等行业的重要环节，是后续生产的燃料之源。制氧生产的稳定对企业非常重要，同时对制氧生产控制系统的可靠性和稳定性也有非常的要求。针对制氧生产中的监控点较分散、控制回路较多的特点，本文采用SIEMENS PCS7控制系统，实现了生产过程的集中控制。 　　2.工艺概述 　　制氧工艺的基本流程可分为：过滤、压缩、预冷、纯化、制冷、分馏、输送。 　　原料空气首先经“空气过滤器”除去灰尘及其它机械杂质；过滤后的空气再经“空气压缩机”进行升压；升压后空气温度会升高，需再经“预冷系统”降温；降温后的空气再经“纯化系统”除去水份、二氧化碳及碳氢化合物等杂质；得到纯化的空气再经“膨胀机”制冷；利用气体冷凝点的不同，制冷后的低温空气经“分馏塔”分离出氧气和氮气；氧气经液氧泵加压送往用户或液氧贮槽；氮气从分馏塔引出，一部分作为分子筛吸附的再生气体，一部分作为冷源冷却循环水，一部分作为废气放空。 　　3.PCS7简介 　　SIMATIC PCS7是西门子公司结合最先进的计算机软件、硬件、网络技术，在西门子S5，S7系列可编程控制器的基础上，面向所有过程控制应用场合开发的先进过程控制系统。PCS7 过程控制系统是全集成自动化（ TIA）的核心部件，为生产、过程和综合工业中所有领域实现统一的、符合客户要求的自动化的平台[1]。 　　从公司管理层直到现场层的统一通讯基于国际标准（例如，工业以太网或PROFIBUS）并支持经由互联网的全球化信息流。由于所涉及的硬件和软件组件也使用这些通讯机制，因此不管是跨系统还是跨越不同的网络，连接配置都极为容易。采用PROFIBUS现场总线实现现场数据的采集、对现场设备及执行机构的控制，通讯速率可达12Mbps，采用工业以太网实现工程师站、操作员站与控制器的通讯，通讯速率可达100Mbps[2]。 　　工程师站具有统一的协同工具，从而降低了组态费用。可从中央项目管理器（SIMATIC Manager）中调用应用软件、硬件和通讯功能的工程工具。它还包括用于项目的创建、管理、保存和归档的基本应用程序。支持多种编程语言，满足不同的使用需求。可直至CFC（连续功能图）、SFC（顺序功能图）、LAD（梯形图）、FBD（功能图）、STL（语句表）、SCL（结构控制语言）。 　　4.硬件配置 　　针对制氧生产的特点，系统配置如图1所示。系统具有很强的容错功能。冗余控制器414-4H具有ms级的冗余切换功能，正常运行时，一台CPU处于工作状态，进行信号检测、运 　　图1 系统配置 　　算、控制输出，另一台CPU处于热备状态， 　　当工作的CPU故障时，系统迅速启动热备CPU，保证系统的正常监控。414-4H具有事件同步技术，通过同步光纤，高效可靠的保 　　证两个CPU程序和数据的一致性。接口模 　　块IM153-2也具有冗余切换功能，每个ET200M站安装两块IM153-2，一用一备。Profibus总线的末端配置有源终端电阻TER，TER既有终端电阻的功能，充当Profibus总线的一个节点，又有信号放大的功能，放大了衰减的通讯信号，保证了通讯的可靠、稳定。所有模块背板均支持带电插拔，维护人员可以在线更换硬件、修改组态。 　　5.CFC编程 　　按照生产的实际情况，按照CFC的编程思想合理划分工厂层级，层级划分结构图如图2所示。 　　图2 工厂层级 　　6.SFC编程 　　SFC主要用来编写纯化系统的顺控程序。 　　纯化系统的主要设备有：2个分子筛、11个 　　电磁阀、3个调节阀和1个电加热器，流程简图如图3所示。 　　平时一个分子筛工作，吸附空气中的水份、二氧化碳及碳氢化合物等杂质，另一个分子筛进行再生，去除吸附在分子筛上的水份、二氧化碳及碳氢化合物等杂质。当再生完成后，再生的分子筛自动切换到工作状态，原工作的分子筛自动切换到再生状态。通过阀门的开关可实现分子筛吸附、再生的切换[3]。 　　图3 纯化系统流程简图 　　切换周期分为20个时间段；程序启动时，操作人员可以选择从任意时间段开始；每个时间段开始时，程序根据切换周期表打开或关闭阀门、启动或停止电加热器，当设备的状态信号反馈回系统后，程序开始计时，计时时间到达后开始下一个时间段；在规定的时间内如果至少有一个设备的状态信号没有反馈，则系统报