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摘 要：介紹西門子PCS7系統(tǒng)在干法乙炔發(fā)生工序中的應(yīng)用，并對其工藝原理、系統(tǒng)構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)程序和上位監(jiān)控進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：干法乙炔 PCS7 工藝原理 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

0、引言

金泥干法乙炔有限責(zé)任公司采用先進(jìn)的干法乙炔生產(chǎn)工藝技術(shù)，選用西門子先進(jìn)的PCS7系統(tǒng)，即PCS7過程控制系統(tǒng)構(gòu)建其整個(gè)干法乙炔的控制系統(tǒng)。

PCS7是西門子公司一種模塊化的基于現(xiàn)場總線的新一代過程控制系統(tǒng)，結(jié)合了傳統(tǒng)DCS和PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，將兩者的功能有機(jī)地結(jié)合在一起。系統(tǒng)的所有硬件都基于統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，所有軟件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有同樣統(tǒng)一的軟件平臺(tái)。由于PCS7消除了DCS和PLC系統(tǒng)間的界限，真正實(shí)現(xiàn)了儀控和電控的一體化，充分體現(xiàn)了全集成自動(dòng)化的特點(diǎn)，PCS7過程控制系統(tǒng)具有可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，其集成現(xiàn)場控制、信號(hào)采集和數(shù)據(jù)管理等功能為一體。應(yīng)用發(fā)生控制系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了發(fā)生工序的正常運(yùn)行。

干法乙炔生產(chǎn)作為一種先進(jìn)的乙炔生產(chǎn)工藝，為滿足工藝控制，要求以全廠集中操作與各工段分散控制相結(jié)合的系統(tǒng)運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)整體生產(chǎn)過程的狀態(tài)監(jiān)視、生產(chǎn)操作、過程控制、事件報(bào)警、趨勢記錄、運(yùn)行聯(lián)鎖、安全保護(hù)。

1、工藝原理及控制難點(diǎn)

1.1、工藝原理

經(jīng)破碎、篩分處理的合格電石（粒徑≤3mm），從電石稱重倉進(jìn)入電石加料倉，通過雙螺旋給料機(jī)，將合格電石均勻地送入干式乙炔發(fā)生器，雙螺旋給料機(jī)送來的電石從發(fā)生器側(cè)面分別進(jìn)入發(fā)生器的一、二層。在發(fā)生器攪拌和相應(yīng)的水噴射作用下，乙炔氣體逸出，從發(fā)生器下部乙炔氣出口排出，進(jìn)入除塵冷卻塔，進(jìn)行除塵和冷卻處理。電石進(jìn)入發(fā)生器一、二層后經(jīng)攪拌從發(fā)生器中心孔下落至第三層，再經(jīng)過攪拌從發(fā)生器三層層板的外周下落至發(fā)生器第四層層板，在第四層攪拌的作用下，四層層板上的電石從第四層層板中心孔落下至第五層，如此循環(huán)運(yùn)動(dòng)，最后電石渣從第十層中心孔排出，通過渣排出機(jī)排渣，電石渣被送入電石渣輸送機(jī)上運(yùn)輸至水泥廠。

1.2、控制難點(diǎn)

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1、硬件構(gòu)成

干法乙炔發(fā)生工序DCS系統(tǒng)由中央控制室、工程師站、PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的分散I/O等子系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)的CPU為2個(gè)互為冗余的控制器CPU-410，PROFIBUS總線連接設(shè)備選用ET200M組件，信號(hào)模塊選用三十二點(diǎn)數(shù)字量輸入輸出模塊、八通道模擬量輸入輸出模塊以及四通道RTD輸入模塊，I/O模塊均支持熱插拔。工廠總線上以太網(wǎng)通訊設(shè)備選用SCALANCE X204-2（現(xiàn)場控制站使用）與SCALANCE X212-2（中央控制室使用）工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。中控室操作計(jì)算機(jī)選用DELL工控機(jī)，共設(shè)二臺(tái)服務(wù)器、一臺(tái)工程師站和十一臺(tái)操作員站。

2.2、軟件構(gòu)成

本工程采用了西門子PCS7 V8.1軟件。編程組態(tài)主要使用了PCS7組成軟件中兩大軟件，即STEP7 與WINCC。編程語言采用CFC功能塊圖的形式。

2.3、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

工業(yè)以太網(wǎng)采用光纖環(huán)網(wǎng)架構(gòu)，各自獨(dú)立，將生產(chǎn)線的各個(gè)現(xiàn)場站與中央控制室的服務(wù)器、工程師站連接在一起。環(huán)網(wǎng)的構(gòu)架提高了系統(tǒng)的可靠性。兩個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)在中央控制室連接在一起，使整個(gè)系統(tǒng)共用一臺(tái)工程師站。十一臺(tái)操作員站中從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)。服務(wù)器采用冗余結(jié)構(gòu)，操作員站可在兩個(gè)服務(wù)器之間無擾切換，為生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性提供保證。

3、控制系統(tǒng)功能

3.1、控制系統(tǒng)功能

發(fā)生工序的控制系統(tǒng)具備較高的自動(dòng)化水平，并保證其運(yùn)行安全、可靠。控制系統(tǒng)具有以下先進(jìn)的控制及管理。

（1）設(shè)備分組：設(shè)備依據(jù)工藝段進(jìn)行合理分組，各組設(shè)備依據(jù)聯(lián)鎖順序起停，既能單起單停，也能解鎖起停，當(dāng)然這還受到啟動(dòng)條件，保護(hù)條件的制約。

（2）控制回路：PID控制回路在干法乙炔發(fā)生工序必不可少，本項(xiàng)目控制回路主要包發(fā)生器的水流量調(diào)節(jié)，發(fā)生水箱的液位調(diào)節(jié)等，控制回路的投運(yùn)使設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)，降低了能耗，延長了設(shè)備的使用 壽命，也使工藝生產(chǎn)更為穩(wěn)定。

（3）自動(dòng)控制：結(jié)合我工藝特點(diǎn)及設(shè)備的控制要求，對加料系統(tǒng)，列管冷卻器的反沖洗水等過程進(jìn)行自動(dòng)控制，使操作員將更多精力放在主要工藝設(shè)備的操作上。這些自動(dòng)控制有效地降低了操作員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

（4）緊急事故處理：對于發(fā)生可能對生產(chǎn)過程造成重大影響甚至?xí)：θ松戆踩氖鹿?，如發(fā)生器的乙炔泄漏導(dǎo)致的發(fā)生器壓力低;發(fā)生器層板氣相溫度高;出渣機(jī)故障等， 控制系統(tǒng)都會(huì)在第一時(shí)間做出響應(yīng)，幫助操作員采取措施，將損失降到最低。

（5）歷史曲線：PCS7的數(shù)據(jù)歸檔功能，能使操作員查看任何時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目同時(shí)歸檔近2000個(gè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并保存1個(gè)月。利用趨勢窗口能很方便地查看數(shù)據(jù)變化趨勢并對其進(jìn)行分析比較。系統(tǒng)還具有自由組態(tài)趨勢的功能，操作員可以將相關(guān)數(shù)據(jù)組態(tài)在一張趨勢圖中進(jìn)行對比，方便查找事故原因及優(yōu)化操作。