乌鲁木齐西门子PLC总代理商

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工程概述：
　　该项目是为某化纤厂改造原有的原料卸料和输送系统。主要用于输送车的原料卸载和存储，以及将原料输送到生产工段。卸料和输送过程分为两个独立的子系统。
　　原系统为传统的仪控系统，使用比较老的技术，并且没有友好的人机界面系统。上海西门子工业自动化有限公司负责为对原系统进行彻底翻新，并增加新的控制功能。由于是改造项目，为尽少影响生产，所以时间上要求迅速和准确。承接的工程范围包括：硬件供货，系统集成，现场调试，客户培训等。
控制对象：
　　控制现场设备(泵、阀门等)的开、关、停、运转;电动阀门的开启、关闭;关键设备的连锁;以及部分顺序控制来实现料卸载，原料输送过程的生产自动化。
系统配置：
　　采用 SIEMENS公司先进的 SIMATIC S7 过程控制系统作为全厂的自动化系统硬件 平台。整个系统由2套S7400现场控制器，2台操作员站(其中一台兼工程师站组成)。PLC和上位机的通讯为100M以太网，同时鉴于部分信号为防爆信号，所以又引入S5的成熟卡件作为扩展来接入这些信号。
　　卸料和输送 S7 过程控制系统如图所示:

系统功能：
　　SIMATIC STEP 7 拥有良好的用户界面及强大而丰富的编程工具，能大大节省系统编程 组态的时间和费用。
　　系统的所有硬件都基于统一的硬件平台， 所有软件也都全部集成在 SIMATIC 程序管理器下， 具有同样统一的软件平台。
　　系统大量采用了新技术， 在网络配置上使用标准的工业以太网和 PROFIBUS 网络。
　　通过和 10 Mbps 工业以太网相连接，分别将信号传送至中央控制室，全厂主要运转设备的开、 停和故障信号都在中央控制室的上位机上显示。
　　上位机采用SIEMENS的专用SCADA系统WinCC作为人机接口，显示画面和操作方式均以原系统的模拟屏为蓝本，以使操作人员可立即进行操作，而无需额外的培训时间。
　　采用专用的S5Ex输入卡件，使须防爆处理的信号可直接接入PLC系统，而无需额外的安全栅及其机柜，这样大大节省了项目造价和工作量，并缩短了现场调试时间。
　　S7系统和S5系统的自如而方便的组合满足了自控领域的各种需求。
　　系统全部采用S7 400的高性能卡件，使组态，集成更为方便。
　　系统开放性强，易于连接到企业管理网，可与常见的办公软件进行数据交换，可大幅度地降低工程设计，维护费用。

　一、 引言
　　1.吉林燃料乙醇厂一号生产线年产燃料乙醇30万吨，是目前我国大的燃料乙醇生产基地。燃料乙醇作为一种新型的节能、环保燃料，将在我国有广大的市场前景。以玉米为原料生产燃料乙醇作为可再生能源，是当前国家着力缓解能源、农业、环境问题的一项战略性举措。吉林60万吨/年燃料乙醇项目作为作为该行业的试点项目，是由中国石油天然气集团公司、吉林粮食集团公司和中国华润总公司共同出资建设，于2001年9月22日开工，2003年9月22日完成一号线30万吨/年燃料乙醇生产装置的投产。
　　2.全厂生产监控画面

　　二、 系统介绍
　　1. 工艺介绍
　　以玉米为原料生产燃料乙醇与联产高蛋白饲料DDGS和精制玉米油，其主要工序包括：玉米的贮存与清选、原料粉碎、玉米脱胚、液化和糖化、发酵和蒸馏、酒糟液的分离和干燥、分离清液的蒸发浓缩、毛油的制取、玉米油的精炼，以及配套的公用工程。
　　2. 项目当中使用的西门子自动化产品的型号、数量、类型、及控制对象。
　　　　DCS
　　　　•8 sets of AS417H
　　　　•2 sets of ES
　　　　•2 sets of OS Server ( Redundancy)
　　　　•7 sets of OS Client
　　　　•2 sets of OS Single Station　Actual I/O
　　　　•AI:1678
　　　　•AO:460
　　　　•DI:2798
　　　　•DO:2225 Total:7161
　　控制对象:
　　•公用工程: 压缩空气系统, 换热站系统,循环水场, 污水场, 净水场.
　　•玉米净化: 火车卸料线和汽车卸料线调度（来自MES）,8个玉米储存筒仓调度
（来自MES）,卸料开车顺序控制,卸料停车顺序控制, 紧急停车逻辑,
玉米筒仓温度监视.
　　•脱胚制浆（01工段）:玉米进料称重计量,玉米浸泡顺序控制,浸泡灌液位及温度
控制,玉米粉碎设备控制.
　　•糖化、液化（02工段）: PH值控制,进料比值控制.
　　•发酵（03工段）: 发酵罐温度控制,发酵罐消泡控制.
　　•辅料配置（04工段）: 硫酸、氢氧化钠、CIP溶液、a-淀粉酶、糖化酶稀释顺序控制
　　•精馏（05工段）: 精馏塔温差控制,回流罐液位控制,采出物流量控制. 分子筛事件顺
序控制,吸附®卸压®吹扫®充压分子筛负荷控制,分子筛差压控制,
蒸馏工序停车逻辑.
　　•蒸发（06工段）: 顺序加料控制,浓缩工序清洗控制.
　　•酒糟蛋白饲料DDGS（07工段）:
　　•包装称（08工段）:
　　•成品调和、储运:
　　•玉米油: 各工段顺序控制,油品配方控制.
　三、 控制系统构成
　　1. 整个项目中的硬件配置、系统结构；各组成部分选择的依据。
吉林60万吨/年燃料乙醇项目全集成自动化系统控制网络总图及说明如下:

　　四.基于全集成自动化思想的新一代过程控制系统PCS7的简介
　　随着工业自动化过程控制理论和计算机技术的迅猛发展，以及对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、系统的可维护性、人机界面的友好性、数据的可分析可管理性等各个方面都提出了愈来愈高的要求, 同时也为工业自动化过程控制系统的发展指明了方向:
　　　　　　系统之间的横向数据交换日益增加
　　　　　　系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加
　　　　　　现场总线的应用越来越广泛
　　　　　　厂商的产品日益开放，通过OPC、SQL等技术使得不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实现
　　　　　　全集成，一体化的解决方案
　　因此，传统的DCS系统已经不能满足90年代自动化过程控制系统的设计标准和要求，SIMATIC PCS7过程控制系统就是在这种形势下开发的新一代过程控制系统，它是一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的过程控制系统。
　　SIMATIC PCS7是西门子公司结合先进的计算机软、硬件技术，在西门子公司S5，S7系列可编程控制器及bbbEPERM系列集散系统的基础上，面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。
　　SIMATIC PCS7采用的上位机软件WinCC作为操作和监控的人机界面，利用开放的现场总线和工业以太网实现现场信息采集和系统通讯，采用S7自动化系统作为现场控制单元实现过程控制，以灵活多样的分布式I/O接收现场传感检测信号。
　　SIMATIC PCS7是基于全集成自动化思想的系统，其集成的核心是统一的过程数据库和唯一的数据库管理软件，所有的系统信息都存储于一个数据库中而且只需输入一次，这样就大大增强了系统的整体性和信息的准确性。
　　SIMATIC PCS7的通讯系统采用的是工业以太网和PROFIBUS现场总线。工业以太网 用于系统站之间的数据通讯， SIMATIC PCS7采用符合IEC－1131－3的编程软件和现场设备库，提供连续控制、顺序控制及编程语言。现场设备库提供大量的常用的现场设备信息及功能块，可大大简化组态工作，缩短工程周期。SIMATIC PCS7具有ODBC、OLE等标准接口，并且应用以太网、PROFIBUS现场总线等开放网络，从而具有很强的开放性，可以很容易地连接上位机管理系统和其它厂厂商的控制系统。
　　全集成自动化系统控制网络总图操作员站和服务器采用客户机/服务器结构，客户机与服务器之间通过100MHz以太网通讯。服务器与AS417H自动化系统的CPU之间采用光缆介质连接，通过100MHz的工业以太网来交换数据，该光纤双环网将延伸至公用工程工段，用于与公用工程工段的AS417H自动化系统进行通讯，实现整个PCS7控制系统的通讯。
　　PCS7系统的工程师站同时挂在两个网络上，即连接客户机/服务器的100MHz以太网和连接自动化系统的CPU的100MHz工业以太网。工程师站可以完成控制画面和控制策略的组态。
　AS417H自动化系统与远程I/O子站的通讯采用PROFIBUS-DP。AS417H通过PROFIBUS-DP的专用双绞线直接与远程I/O子站相连接。其它AS417H将通过冗余的光缆和冗余的接口模块与各自的远程I/O子站进行通讯，满足分散控制系统技术规范书中(1.5工厂及装置简况)提出的要求。
　　公用工程共配置二台操作员站（单独的操作员站，直接与PCS7过程控制系统的系统总线工业以太网相连，配置一台HP5100打印机）、一台控制站（AS417H自动化系统）、以及相应的远程I/O子站。
　　操作员站与AS417H自动化系统的CPU之间采用光缆介质连接，通过100MHz的工业以太网来交换数据，该光纤双环网将连接至中央控制室，与中央控制室中PCS7的系统总线直接相连，实现整个PCS7控制系统的通讯。
　　系统所需的I/O点数如下：

　　防爆区域：储运站、玉米油、蒸馏脱水(05)。下表点数用于统计安全栅点数。

　　五.生产实时系统
　　生产实时系统采用WinCC MULTI-CLIENT方式，2台连接自备电厂和乙醇装置的服务器 作为WINCC SERVER，和主服务器及调度网相连。一台主服务器作为WinCC CLIENT 并作为WEB SERVER，与办公室标准以太网相连。网络通讯协议采用TCP/IP。在工程师站上进行工艺操作画面、报警画面、历史趋势、报表等功能的组态（这些都是WINCC的基本功能），然后在SERVER和CLIENT上运行组态的项目。由于实时系统的工位号容量为2000个，所以选用64K点的WINCC运行系统。
　　WinCC SERVER完成与DCS之间的数据交换。服务器位于各DCS控制室，由局域网相连， 通过bbbbbbS共享机制实现数据共享。为了与WINCC CLIENT通讯, WINCC SERVER端运 行于bbbbbbS NT4.0 SERVER或bbbbbbS 2000 SERVER操作系统,并安装WinCC 和 WinCC SERVER选件软件包。WINCC SERVER向WINCC CLIENT提供数据。每台SERVER 多可以带 16台CLIENT站， 在本系统中，连接5台WINCC CLIENT。
　　WinCC Web Navigator选件包：
　　WinCC可选软件包Web Navigator使用户可以通过Internet、LAN或公司局域网浏览或操作 WinCC过程画面。根据系统需要，设置可以通过WEB浏览生产过程画面的用户，并分配不同的权限，以进一步提高安全性。
　　软件配置：
　　1. Server端：WinCC V5+Web Navigator Server
　　2. Client端：IE+Web Navigator Clien
　　六. 结论
　　吉林60万吨/年燃料乙醇项目的全集成自动化控制系统(TIA)已在吉林大酒厂得到很好应用,运行结果表明:
　　1. PCS7具有过程控制系统的所有特性和功能,过程控制简单而安全、方便信息网络和现场总线及仪表的集成，设计模块化，系统的扩展性强.
　　2. 现场总线技术,大量节省了电缆的费用，也相应节省了施工调试以及系统投运后的维护时间和费用.
　　3. SIMATIC PCS7采用符合IEC－1131－3的编程软件和现场设备库，提供连续控制、顺序控制及编程语言。现场设备库提供大量的常用的现场设备信息及功能块，可大大简化组态工作, 缩短工程周期.
　　4. SIMATIC PCS7具有ODBC、DDE、OPC、OLE等标准接口，并且应用以太网、PROFIBUS现场总线等开放网络，从而具有很强的开放性，可以很容易地连接上位机管理系统和其它厂厂商的控制系统。

1 引言

由莱钢集团自主设计、开发的50吨氧枪顶吹转炉系统于2002年10月正式投产。该系统由转炉本体、汽包汽化和煤气回收3部分组成，过程控制采用电器控制、仪表控制和计算机自动控制三电一体化实现，提高了控制的安全性和可靠性。其中计算机自动控制系统由1台工程师站，2台操作员站，3台西门子S7-400可编程控制器组成，通过Profibus现场总线实现数据传递。

2 工艺过程

转炉系统主要完成将铁水和废钢冶炼成钢水，同时将冶炼过程中产生的煤气和水蒸气进行回收再利用。转炉主体设备主要包括炉体、炉门、烟罩、倾动机构、氧枪升降机构、氧枪横移机构、称重装置、上料装置、冷却装置等组成，其中氧枪有两套，靠衡移小推车转换，实现互为备用。
装料时炉门打开，烟罩提升，装料完成后，炉门关闭，烟罩下移。冶炼过程中，氧枪下降，从炉体顶部向炉内吹氧，或加合金料以改善钢水成分。出钢时，氧枪上升，倾动炉体，钢水由钢包车运至精炼炉精炼。炼钢过程中，氧枪和烟罩通过循环冷却水降温，产生的汽包蒸汽经加压后送用户使用;风机将烟罩内气体吸出，经煤气回收后放散到大气。

3 自动控制系统构成

转炉自动控制系统采用3台SIMATIC S7-400-414-2 PLC 主站分别完成实现转炉本体控制、汽包汽化和煤气回收及风机控制，其配置主要有主机架、扩展机架、电源、CPU、接口模块、通信模块，以及数字量和模拟量输入/输出模块等。3台主站之间通过以太网完成数据通讯。汽包汽化和煤气回收PLC主站共下设2个ET200-M远程从站，通过工业现场总线Profibus-DP完成主从通讯。1台工程师站用于完成系统的开发设计，2台操作员站完成整个生产过程监控。自动控制系统构成如图1所示。

4 自动控制系统控制方式和功能

整个转炉系统的自动控制由PLC控制程序完成，通过开放的Profibus-DP现场总线连接各个部件，构成分布式控制系统，实现顺序逻辑控制、联动联锁控制、以及信号传输、报警和数据采集等，同时设有人工紧急停车处理按钮。
4.1 工程师站
基于SIMATIC STEP7编程软件的工程师站，完成3台PLC主站系统的硬件组态、地址和站址的分配以及用户程序的设计开发和调试工作。程序设计采用模块化、结构化编程，应用OB、FC、FB块和相关数据块DB组成整个控制系统，并且在软件设计中采用了抗干扰措施。
4.2 操作员站
操作员站作为整个系统的人机界面，采用通用工业PC，配置SIMATIC WinCC画面组态监控软件，通过以太网实现对现场设备的过程监控。WinCC能实现过程数据动态显示、参数设定、操作控制等功能，并具有过程信息归档、报警信息顺序显示、报表打印等功能，具有很强的实时行。
4.3 转炉本体PLC主站
转炉本体PLC主站主要完成炉前的炉门动作和炉体的倾动操作，炉后倾炉和出钢钢包车、出渣渣车操作，烟罩的升降操作和冷却水流量、压力联所控制，氧枪的升降操作和氧枪定位及冷却水流量压力联所控制，氧枪横移换枪操作，上料称重和进料操作，并完成转炉水冷烟罩、水冷炉壁、水冷氧枪等水冷系统48个测温点温度变化的实施数据采集以及冷却水系统压力、流量等实时数据采集监视和超限及事故报警。通过以太网实现PLC和操作站之间的实时数据传送，由人机界面完成生产过程监控。
4.4 汽包汽化PLC主站
汽包汽化PLC主站设置有1台Profibus-DP远程控制从站ET200M。主站主要完成对冶炼过程中产生蒸汽的压力、流量、温度检测，控制加温水槽水位，控制送出热水的流量、压力、温度等，并由操作站对过程信息进行实时监控。从站主要完成液压泵站主、辅液压泵的切换和运行控制，对高压液罐和气罐的液位和压力控制，对空气压缩机的控制，对主液箱和回液箱的液位自动控制以及液压介质自动温度控制。
4.5 煤气回收PLC主站
煤气回收PLC主站也设置有1台Profibus-DP远程控制从站ET200M。主站主要完成一纹水、二纹水的冷却控制，检测转炉煤气进出一纹水、二纹水前后的温度、压力和流量，根据对一氧化碳和二氧化碳的检测含量，控制是否进行煤气回收。从站主要完成两台风机的主、辅切换和运行控制，检测风机轴温、轴振动和进出口压力、流量、温度，通过联锁控制保障风机的正常运行。

5 抗干扰功能的设计与实现
由于电器设备的存在，尤其是高压变频器每次启动所产生的高频冲击，大电流运行时所产生的强电磁场，以及电网谐波等诸多干扰因素的存在，严重威胁控制系统的正常运行和通信网络的安全、稳定畅通，为此设计中根据各种干扰源的存在增机一下抗干扰功能:
(1) 接地
计算机、PLC和通信网络采用单独的专用接地处理。
(2) 模拟量输入信号滤波
对于电器设备的电压、电流及风机转速等重要模拟量输入信号在进PLC模拟量通道之前，先经过信号隔离器消除通道中的串模干扰，在保证有用信号不被衰减的情况下大限度的衰减高频干扰，提高通道的信噪比。
(3) 模拟量通道屏蔽
模拟量信号的输入导线采用有屏蔽线的双绞线电缆，以降低辐射干扰和电磁耦合性干扰。
(4) 模拟量通道隔离
模拟量模块采用通道光电隔离模块，降低通道间共模干扰。
(5) 数字量通道隔离
数字量模块采用通道光电隔离模块，在信号进出PLC通道之前加设中间继电器对通道进行双重隔离，防止串入强干扰电压烧坏通道。
(6) 通讯电缆设置
工业以太网通讯缆和Profibus-DP电缆敷设时单独穿金属管，电缆走向避免与动力缆平行，尽可能远离转炉本体和大电流线路。
(7) 电源隔离
工作电源通过带屏蔽的隔离变压器给PLC主站和从站供电，使PLC和大功率的电器设备的电位隔离，避免供电线路干扰。
(8) 程序设计抗干扰处理
对于模拟量输入信号采用延时滤波技术，消除瞬时干扰。对于数字量输入信号采用锁存和指令对比技术，降低误信号。

6 结束语
系统投运至今运行稳定可靠，抗干扰技术的合理化应用保证了PLC设备和通讯网络在恶劣环境中的安全畅行。Simens PLC程序故障诊断、在线监控和修改技术，方便了程序维护，开放的、标准的Profibus-DP现场总线增强了系统的扩展能力。整套系统自动化水平高、操作间接方便、报警明了清晰、故障率低、维护量小，达到国内先进水平。