ＰＣＳ７ＤＣＳ系統(tǒng)在萊鋼苯加氫的研發(fā)與應(yīng)用

孔德恩　王彩琴　陳鐵軍　展　杰　王　棟

摘要：在全集成自動化的環(huán)境下，采用統(tǒng)一的自動化平臺實(shí)現(xiàn)對整個工廠的自動化控制和管理，尤其系統(tǒng)所特有的冗余、網(wǎng)絡(luò)通訊及報(bào)警信息等功能大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，值得在各行各業(yè)大力推廣。文章介紹了PCS7DCS控制系統(tǒng)在山東萊鋼環(huán)友化工10萬噸/年粗苯精制深加工項(xiàng)目的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：苯加氫；PCS7DCS控制系統(tǒng)；全集成自動

中圖分類號：F426文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）08-0021-03

一、系統(tǒng)概述

山東萊鋼環(huán)友化工能源有限公司就10萬/年粗苯精制深加工項(xiàng)目，采用SIEMENS基于全集成自動化概念的DCS系統(tǒng)PCS7。在全集成自動化的環(huán)境下，采用統(tǒng)一的自動化平臺實(shí)現(xiàn)對整個工廠的自動化控制和管理。全集成自動化方案就是用一種系統(tǒng)完成原來由多種系統(tǒng)搭配起來才能完成的所有功能。應(yīng)用這種解決方案，可以大大簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了大量接口部件，應(yīng)用全集成自動化可以克服上位機(jī)和各工業(yè)控制器之間，連續(xù)控制和邏輯控制之間，集中與分散之間的界限。同時(shí)，全集成自動化解決方案還可以為所有的自動化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境，基于這種環(huán)境，技術(shù)人員可以在同一個平臺下對所有應(yīng)用進(jìn)行組態(tài)和編程。

全集成自動化意味著三重集成：統(tǒng)一的組態(tài)和編程；統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)一的通訊。它可實(shí)現(xiàn)從SIMATIC的驅(qū)動設(shè)備到各種現(xiàn)場設(shè)備，從儀表控制到電氣控制，從控制到管理的高度集成。

二、系統(tǒng)配置

苯加氫自動控制系統(tǒng)采用SIEMENS基于全集成自動化概念的DCS系統(tǒng)PCS7，通過統(tǒng)一的組態(tài)和編程、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)一的通訊實(shí)現(xiàn)對本裝置生產(chǎn)過程的監(jiān)控，DCS系統(tǒng)以WindowsXPProfessionalSP2英文版作為系統(tǒng)平臺界面，組成計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)通訊。

控制器采用西門子最先進(jìn)的AS417冗余控制系統(tǒng)，具備連續(xù)過程控制、程序控制和批量控制等功能，完成全部的監(jiān)測、調(diào)節(jié)、邏輯、批量控制及各種聯(lián)鎖保護(hù)等功能。DCS系統(tǒng)的控制器、電源、通訊總線以及所有與控制回路有關(guān)的部件（主要是I/O卡件）等都按1：1冗余配置。

本DCS系統(tǒng)設(shè)置控制站3套，其中100單元一套、200單元一套、300單元和配套設(shè)施部分一套；共設(shè)置操作員站6臺，其中100單元2臺，200單元2臺，300單元1臺，配套設(shè)施部分1臺；設(shè)置工程師站1臺。氫壓機(jī)、加熱爐、導(dǎo)熱油爐、空壓機(jī)、地面火炬、定量裝車等PLC系統(tǒng)通過ProfibusDP接口與DCS控制站通訊。3套控制器具體分配如下：

1．100單元（加氫單元，含新氫壓縮機(jī)2套、循環(huán)氫壓縮機(jī)2套、主反應(yīng)器進(jìn)料加熱爐、進(jìn)料泵等成套設(shè)備）。

2．200單元（萃取單元）。

3．300單元（公用工程單元，其中包括循環(huán)水、新鮮水、凈化風(fēng)、焦?fàn)t煤氣、氮?dú)狻⒄羝?、凝結(jié)水、放空及污油等，含導(dǎo)熱油爐2套、空壓機(jī)、地面火炬、定量裝車、減溫減壓器等成套設(shè)備）。

三、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的上位機(jī)是基于單站設(shè)計(jì)的工程師/操作員站，整個上位機(jī)系統(tǒng)為1000M以太網(wǎng)絡(luò)。為提高系統(tǒng)的可靠性，自動化系統(tǒng)與上位機(jī)采用雙路徑的連接方式，如圖1所示：

圖1

這種連接采用雙路徑，任一器件的損壞，系統(tǒng)可以自動從另一方向進(jìn)行通訊。主控制室設(shè)6臺操作站，和1臺工程師站，各控制區(qū)的I/O單元按工藝要求相對獨(dú)立。控制器采用西門子最先進(jìn)的AS414冗余控制系統(tǒng)，具備連續(xù)過程控制、程序控制和批量控制等功能，完成全部的監(jiān)測、調(diào)節(jié)、邏輯、批量控制及各種聯(lián)鎖保護(hù)等功能。同時(shí)為了增加可靠性，冗余系統(tǒng)采用分離式安裝，根據(jù)MTBF的計(jì)算方法，以單機(jī)操作的系數(shù)為1，那么安裝與H-RACK機(jī)架上的H系統(tǒng)可靠性提高57倍，如果H系統(tǒng)分別安裝于完全分開的機(jī)架，例如普通九槽機(jī)架，可靠性將提高59倍。

整個DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用二級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在第一層，冗余控制器與現(xiàn)場I/O站通過冗余現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS-DP互相進(jìn)行通信；在第二層，系統(tǒng)采用快速交換式工業(yè)以太網(wǎng)（1000Mbps）的環(huán)網(wǎng)操作站及工程師站和冗余控制器系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)在充份保證系統(tǒng)過程控制部分的高可靠性的基礎(chǔ)上，又給系統(tǒng)提供了良好的可擴(kuò)展性和開放性，這個結(jié)構(gòu)既充份滿足擴(kuò)能改造的要求，又為以后的工程作了統(tǒng)一架構(gòu)的考慮。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2

四、系統(tǒng)功能

PCS7是基于全集成自動化的DCS控制系統(tǒng)，所有的程序及監(jiān)控畫面等組態(tài)信息都由工程師站ES集中完成。這一套組態(tài)工具集以SIMATIC程序管理器為基礎(chǔ)平臺，采用了現(xiàn)代化的軟件體系結(jié)構(gòu)。在對項(xiàng)目組態(tài)文件的管理上，SIMATIC程序管理器以系統(tǒng)硬件、生產(chǎn)工藝和過程回路三個不同的視角，同時(shí)進(jìn)行管理。這三個視圖在程序管理器中分別稱為標(biāo)準(zhǔn)分級（Standard_Hierarchy）、工藝分級（PlantHierarchy）和過程對象視圖（ProcessObjectView）。其中，標(biāo)準(zhǔn)分級主要管理系統(tǒng)的硬件，如控制器、系統(tǒng)總線、I/O系統(tǒng)等；工藝分級主要管理工藝過程，它將整個工廠按工藝過程的要求，分為各個子系統(tǒng)，然后將各子系統(tǒng)映射到控制器上；而通過過程對象視圖可以對某一指定回路或某組回路作集中組態(tài)、修改或查看。與傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)相比，PCS7的組態(tài)直接面向工藝過程。在SIMATIC程序管理器下，有多種組態(tài)工具可以使用，無論采用何種組態(tài)工具，生成的組態(tài)數(shù)據(jù)都自動存到一個同一的數(shù)據(jù)庫中。這些組態(tài)工具是：CFC、SFC、STEP7、SCL和WinCC等。在苯加氫DCS系統(tǒng)主要完成以下功能：

1．采用西門子PCS77.0DCS全集成控制系統(tǒng)，所有程序畫面通過工程師站完成，統(tǒng)一的組態(tài)和編程、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和統(tǒng)一的通訊實(shí)現(xiàn)對本裝置生產(chǎn)過程的監(jiān)控。特別是系統(tǒng)特有的報(bào)警功能，在監(jiān)控畫面中有任何一點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生報(bào)警就會在集中監(jiān)控的菜單上進(jìn)行報(bào)警顯示，不用通過切換畫面來監(jiān)控。

2．采用AS417冗余控制系統(tǒng)，ET200M153-2完成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)冗余，雙電源供電完成控制系統(tǒng)電源冗余，保證控制系統(tǒng)在供電，網(wǎng)絡(luò)或CPU單方出現(xiàn)問題時(shí)可自動切換，大大提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3．對重點(diǎn)信號如所有參與調(diào)節(jié)或連鎖控制的輸入和輸出信號進(jìn)行冗余1：1配置，相關(guān)的機(jī)架及電源和網(wǎng)絡(luò)也進(jìn)行冗余配置，采用MTA板和MTA網(wǎng)線連接器進(jìn)行信號連接并進(jìn)行軟件冗余配置。參與冗余的信號在一路板卡信號出現(xiàn)故障時(shí)，另一路信號自動切換確保設(shè)備的連續(xù)連鎖動作。

五、結(jié)語

萊鋼環(huán)友化工10萬噸/年苯加氫冗余控制系統(tǒng)采用了西門子400H系列冗余控制系統(tǒng)，通過ET200M153-2進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)冗余，對重點(diǎn)信號采用1：1冗余配置，雙電源供電完成控制系統(tǒng)電源冗余，保證控制系統(tǒng)在供電，信號采集卡、網(wǎng)絡(luò)或CPU單方出現(xiàn)問題時(shí)可自動切換，大大提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。特別是PCS77.0全集成控制系統(tǒng)，所有程序和畫面由ES集中開發(fā)設(shè)計(jì)，特有的報(bào)警指示和在線趨勢添加修改功能大大提高了系統(tǒng)的可操作性和實(shí)用性。尤其使用Y-LINK耦合器完成與外圍8套PLC，包括有西門子200系列、300系列及DP接口CP5611的通訊，實(shí)現(xiàn)對氫壓機(jī)、加熱爐等重點(diǎn)設(shè)備的連鎖控制。系統(tǒng)所具有的這些特有功能是萊鋼前所未有的，屬于萊鋼首例值得在各行各業(yè)大力推廣。

作者簡介：孔德恩（1976－），男，山東棗莊人，供職于山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司自動化部，研究方向：自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)。